FR2524710A1 - Control device for bipolar transistor switch - has significantly varying doping concentrations in different semiconductor layers - Google Patents
Control device for bipolar transistor switch - has significantly varying doping concentrations in different semiconductor layers Download PDFInfo
- Publication number
- FR2524710A1 FR2524710A1 FR8305467A FR8305467A FR2524710A1 FR 2524710 A1 FR2524710 A1 FR 2524710A1 FR 8305467 A FR8305467 A FR 8305467A FR 8305467 A FR8305467 A FR 8305467A FR 2524710 A1 FR2524710 A1 FR 2524710A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- region
- electrode
- bipolar transistor
- type
- rest
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 33
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 4
- 239000011343 solid material Substances 0.000 claims 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 40
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 11
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 7
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 3
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
- H01L27/08—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
- H01L27/085—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
- H01L27/088—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate
- H01L27/092—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate complementary MIS field-effect transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
- H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
- H01L27/07—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common
- H01L27/0705—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common comprising components of the field effect type
- H01L27/0711—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common comprising components of the field effect type in combination with bipolar transistors and diodes, or capacitors, or resistors
- H01L27/0716—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common comprising components of the field effect type in combination with bipolar transistors and diodes, or capacitors, or resistors in combination with vertical bipolar transistors and diodes, or capacitors, or resistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/08—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/0804—Emitter regions of bipolar transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
- H01L29/73—Bipolar junction transistors
- H01L29/7302—Bipolar junction transistors structurally associated with other devices
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Bipolar Transistors (AREA)
- Thyristors (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Bipolar Integrated Circuits (AREA)
Abstract
Description
la présente invention concerne de façon générale les transistors bipolaires avec des dispositifs de commande combinés, et elle porte plus particulièrement sur de tels transistors avec des dispositifs de commande capables de bloquer et de débloquer les transistors de façon active,
On sait qu'un transistor est dit "conducteur" ou débloqué lorsqu'il établit un chemin à conductance élevée entre ses électrodes de collecteur et d'émetteur et est dit "bloqué" lorsqu'il établit un chemin à faible conductance entre ses électrodes.Parmi les éléments de commande de l'art antérieur destinés à débloquer un transistor bipolaire, on trouve un transistor bipolaire branché selon une configuration Darlington avec un transistor bipolaire "commandé" (c'est-à-dire qu'il fournit un courant de base au transistor commandé, ou "commande la base" de ce dernier), et un transistor à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur ("TEC MOUS") qui commande la base d'un transistor bipolaire.the present invention relates generally to bipolar transistors with combined control devices, and it relates more particularly to such transistors with control devices capable of blocking and unblocking the transistors actively,
We know that a transistor is said to be "conductive" or unblocked when it establishes a high conductance path between its collector and emitter electrodes and is said to be "blocked" when it establishes a low conductance path between its electrodes. Among the control elements of the prior art intended to unblock a bipolar transistor, there is a bipolar transistor connected in a Darlington configuration with a bipolar transistor "controlled" (that is to say that it supplies a basic current to the controlled transistor, or "controls the base" of the latter), and a metal-oxide-semiconductor field effect transistor ("TEC MOUS") which controls the base of a bipolar transistor.
Chacun des éléments de commande de déblocage précédents comporte un inconvénient important. L'élément de commande de déblocage à transistor bipolaire a sa propre entrée de commande. Cette entrée nécessite un courant appréciable pour faire fonctionner le transistor et est donc ce qu'on appelle une entrée à basse impédance. Il serait souhaitable de réaliser un élément de commande de déblocage ayant une impédance d'entrée élevée. Each of the above unlocking control elements has a significant drawback. The bipolar transistor release control element has its own control input. This input requires appreciable current to operate the transistor and is therefore called a low impedance input. It would be desirable to provide a release control element having a high input impedance.
L'élément de commande de déblocage à TEC NOS a effectivement une impédance d'entrée élevée ; cependant, il occupe une aire considérable du dispositif monolithique ré étant lorsqu'il est intégré avec le transistor bipolaire. The TEC NOS release control element does indeed have a high input impedance; however, it occupies a considerable area of the monolithic device being when it is integrated with the bipolar transistor.
Il serait donc souhaitable de réaliser un élément de comrmn- de déblocage occupant une aire notablement lus faible que celle d'un TEC NOS, mais qui ait am.e impédance d'entrée élevée.It would therefore be desirable to produce an unlocking control element occupying a noticeably less read area than that of a TEC NOS, but which has a high input impedance.
Un but de l'invention est donc de réaliser un transistor bipolaire avec un dispositif de commande intégré, ayant un élément de co-Lande de déblocage qui occupe une aire notablement plus faible que celle d'un TEC i"OS, mais qui ait une impédance d'entrée élevée. An object of the invention is therefore to produce a bipolar transistor with an integrated control device, having a co-Lande unlocking element which occupies an area significantly smaller than that of a TEC i "OS, but which has a high input impedance.
L'invention a également pour but de réaliser un transistor bipolaire avec un dispositif de commande combiné comportant un élément de commande de blocage actif. The invention also aims to produce a bipolar transistor with a combined control device comprising an active blocking control element.
L'invention a égélément pour but de réaliser un transistor bipolaire combiné avec un dispositif de commande comportant des éléments de commande de blocage et de déblocage pouvant entre actionnés en commun à partir d'une seule source de tension. The invention also aims to achieve a bipolar transistor combined with a control device comprising blocking and unblocking control elements which can be actuated in common from a single voltage source.
Un mode de réalisation préféré de l'invention consiste en un dispositif de commutation à semiconducteur qui comprend un élément à transistor bipolaire et un élément de commande. L'élément à transistor bipolaire comprend des régions d'émetteur et de base et des première et seconde régions de collecteur qui ont des types de conductivité alternés et sont jointes ensemble en succession, une électrode de base contigueàla région de base et une électrode de collecteur qui est connectée électriquement à la seconde région de collecteur.L'élément de commande comprend des première, seconde, troisième et quatrième régions qui ont des types de conductivité alternés et sont jointes ensemble en succession, une première électrode contiguë à la fois av: première et seconde régions, une seconde électrode connectée électriquement à la quatrième région, une troisième électrode et une couche isolante qui sépare la troisième électrode par rapport à la seconde région. la partie principale, au moins, de la troisième région, la seconde région, et les première et quatrième régions sont dopées progressivement avec des concentrations de dopage respectives qui augmentent notablement. L'électrode de base est connectée électriquement à la première électrode et l'électrode de collecteur est connectée électriquement à la seconde électrode. A preferred embodiment of the invention consists of a semiconductor switching device which comprises a bipolar transistor element and a control element. The bipolar transistor element includes emitter and base regions and first and second collector regions which have alternate conductivity types and are joined together in succession, a base electrode contiguous to the base region and a collector electrode which is electrically connected to the second collector region.The control element includes first, second, third and fourth regions which have alternate conductivity types and are joined together in succession, a first electrode contiguous to both av: first and second regions, a second electrode electrically connected to the fourth region, a third electrode and an insulating layer which separates the third electrode from the second region. the main part, at least, of the third region, the second region, and the first and fourth regions are gradually doped with respective doping concentrations which increase significantly. The base electrode is electrically connected to the first electrode and the collector electrode is electrically connected to the second electrode.
Dans un mode de réalisation de l'inventîcn, le dispositif de commutation à semiconducteur comprend en outre des moyens d'extraction de porteurs de courant, en couplage électrique avec la région de base du transistor bipolaire, pour extraire des porteurs majoritaires à partir de cette région. In one embodiment of the invention, the semiconductor switching device further comprises means for extracting current carriers, in electrical coupling with the base region of the bipolar transistor, for extracting majority carriers from this region.
La suite de la description se réfère aux dessins annexés qui représentent respectivement
Figure 1 : une coupe schématique d'une structure à semiconducteur dans laquelle l'invention est mise en oeuvre ;
Figure 2 : une coupe similaire à la figure 1, montrant une structure à semiconducteur qui comporte un substrat de type
N, au lieu d'un substrat de type P comme sur la figure 1 ;
Figure 3 : une coupe similaire à la figure 1, montrant un autre mode de réalisation de l'invention ; et
Figure 4 : une coupe similaire à la figure 3, montrant encore un autre mode de réalisation de l'invention.The following description refers to the accompanying drawings which respectively represent
Figure 1: a schematic section of a semiconductor structure in which the invention is implemented;
Figure 2: a section similar to Figure 1, showing a semiconductor structure which includes a type substrate
N, instead of a P-type substrate as in Figure 1;
Figure 3: a section similar to Figure 1, showing another embodiment of the invention; and
Figure 4: a section similar to Figure 3, showing yet another embodiment of the invention.
la figure 1 montre une structure à semiconducteur 10 dans laquelle l'invention est mise en oeuvre. La structure 10 comprend des éléments semiconducteurs 11, 12 et 13 qui constituent respectivement un transistor bipolaire, un transistor bipolaire comportant un élément de blocage actif (qu'on appellera simplement ci-après "transistor bipolaire modifié"), et un redresseur à grille isolée#(qu'on appellera simplement ci-après "RGI"). Conformément à l'invention, chacun des éléments 11, 12 et 13 peut exister sous forme de dispositif sé- paré, au lieu d'exister dans la structure monolithique 10.La structure 10 établit un chemin à conductance élevé entre une électrode d'émetteur 16 et une électrode de collecteur 28 lorsqu'elle est débloquée, et un chemin à faible conductance entre ces électrodes 16 et 28 lorsqu'elle est bloquée. Figure 1 shows a semiconductor structure 10 in which the invention is implemented. The structure 10 comprises semiconductor elements 11, 12 and 13 which respectively constitute a bipolar transistor, a bipolar transistor comprising an active blocking element (which will hereinafter simply be called "modified bipolar transistor"), and an insulated gate rectifier # (which will simply be called "RGI" below). According to the invention, each of the elements 11, 12 and 13 can exist in the form of a separate device, instead of existing in the monolithic structure 10. The structure 10 establishes a high conductance path between an emitter electrode 16 and a collector electrode 28 when it is unlocked, and a low conductance path between these electrodes 16 and 28 when it is blocked.
Le transistor bipolaire 11 comprend deux cellules 15 et 17 qui sont commodément identiques l'une à l'autre ; on ne décrira donc en détail ci-après que la cellule 15. The bipolar transistor 11 comprises two cells 15 and 17 which are conveniently identical to each other; cell 15 will therefore only be described in detail below.
La cellule 15 du transistor bipolaire comprend une région d'émetteur 18 de type X, une région de base 20 de type P, deux régions de collecteur 21 et 22 de type N, et une région de type P supplémentaire, 24, qui est nécessaire dans la structure à semiconducteur monolithique 10 du fait que cette structure comprend un substrat massif 30, en matière de type P, pour réaliser le RGI 13.Les concentrations de dopage caractéristiques (c'est-à-dire le nombre d'atomes d'agent de dopage par centimètre cube) pour les diverses régions du transistor bipolaire Il sont de l'ordre des nombres suivants
Région d'émetteur 18 : 1019
Région de base 20 : 1017 à 5 x 1018
Région de collecteur 21 : 5 x 1013 à 5 x 1015
Région de collecteur 22 : 1O20
Région de type P 24 : 1019
On peut donc dire, par exemple, que la région de base 20 a une concentration de dopage notablement supérieure à la concentration de dopage de la région de collecteur 21, l'expres- sion " notablement supérieure" (ou "notablement inférieure") signifiant supérieure (ou inférieure) d'au moins environ un ordre de grandeur.The cell 15 of the bipolar transistor comprises an emitter region 18 of type X, a base region 20 of type P, two collector regions 21 and 22 of type N, and an additional region of type P, 24, which is necessary in the monolithic semiconductor structure 10 because this structure comprises a solid substrate 30, made of P-type material, for producing the RGI 13. The characteristic doping concentrations (that is to say the number of atoms of doping agent per cubic centimeter) for the various regions of the bipolar transistor They are of the order of the following numbers
Issuer region 18: 1019
Base region 20: 1017 to 5 x 1018
Collector region 21: 5 x 1013 to 5 x 1015
Collector region 22: 1O20
P-type region 24: 1019
It can therefore be said, for example, that the base region 20 has a doping concentration significantly higher than the doping concentration of the collector region 21, the expression "appreciably higher" (or "appreciably lower") meaning at least about an order of magnitude higher (or lower).
Une électrode d'émetteur 25 est contiguë à la région d'émetteur 18 ; une électrode de base 27 est contiguë à la région de base 20 ; et une électrode de collecteur 28 est contiguë à la région de type P supplémentaire, 24. La région de collecteur de type N 22 est conçue de façon à avoir une longueur de diffusion pour les trous inférieure à la hauteur verticale 23 de cette région, ce qui peut tre facilité en dopant plus fortement la région de collecteur 22 que la région de type P 24. Ceci fait en sorte que la structure P-N
P-N parasite formée par la région de base 20 de type P, les régions de collecteur 21 et 22 de type N, la région 24 de type P et la région 18 de type N, ne puisse pas se verrouiller dans un état conducteur.Si un tel transistor 11 n'est pas intégré dans une structure monolithique avec le RGI 13 (envisagé ci-après), la région de type P 24 est inutile et il est préférable de l'éliminer du transistor bipolaire 11.An emitter electrode 25 is contiguous to the emitter region 18; a base electrode 27 is contiguous with the base region 20; and a collector electrode 28 is contiguous to the additional P-type region, 24. The N-type collector region 22 is designed so as to have a diffusion length for the holes less than the vertical height 23 of this region, which can be facilitated by doping the collector region 22 more strongly than the P type region 24. This makes the structure PN
Parasitic PN formed by base region 20 of type P, collector regions 21 and 22 of type N, region 24 of type P and region 18 of type N, cannot lock in a conductive state. such a transistor 11 is not integrated into a monolithic structure with the RGI 13 (envisaged below), the P-type region 24 is unnecessary and it is preferable to eliminate it from the bipolar transistor 11.
Le transistor bipolaire modifié 12, qui comprend un élément de commande de blocage actif, est représenté sous une forme comprenant une seule cellule 31, bien que pour obtenir un blocage plus rapide, la structure à semiconducteur 10 puis- se comporter des cellules supplémentaires similaires à la cellule 31, partageant de préférence une région de type P commune, 20'. Les régions 18', 20', 21', 22' et 24' et les électrodes 25', 27' et 28' sont commodément pratiquement similaires aux régions et aux électrodes portant les références correspondantes dans le transistor bipolaire 11. The modified bipolar transistor 12, which comprises an active blocking control element, is represented in a form comprising a single cell 31, although in order to obtain a faster blocking, the semiconductor structure 10 can behave as additional cells similar to cell 31, preferably sharing a common P-type region, 20 '. The regions 18 ', 20', 21 ', 22' and 24 'and the electrodes 25', 27 'and 28' are conveniently practically similar to the regions and the electrodes bearing the corresponding references in the bipolar transistor 11.
la cellule de transistor bipolaire modifié 31 comprend en outre une structure de blocage 32, de type NOS, destinée à extraire les trous (porteurs majoritaires) à partir de la région de base de type P, 20'. la structure 32 comprend une région de type P 33, une région de type P 34 et une électrode 35 qui est isolée de la région de type P 34 par une couche isolante 360 les concentrations de dopage des deux régions de type P 33 et 34 sont notablement supérieures à la concentration de dopage de la région de collecteur 21', et elles sont commodément supérieures à la concentration de dopage de la région d'émetteur 18'. la région de type P 34 établit, au repos, un chemin de conduction pour les trous entre la région de base de type P 20' et l'électrode d'émetteur 25', par l'in termédiaire de la région de type P 33, qui est contiguë à l'électrode 25'.Au repos, la région de type P 34 a une conductivité pour les trous qui est suffisamment élevée pour mettre fin au courant d'attaque de base du transistor 12. Ceci se produit du fait que la région de type P 34 dérive un courant de trous suffisant à partir de la région de base 20', vers l'électrode d'émetteur 25', ce Qtu bloque le transistor 12. the modified bipolar transistor cell 31 further comprises a blocking structure 32, of NOS type, intended to extract the holes (majority carriers) from the base region of type P, 20 ′. the structure 32 comprises a P-type region 33, a P-type region 34 and an electrode 35 which is isolated from the P-type region 34 by an insulating layer 360 the doping concentrations of the two P-type regions 33 and 34 are significantly greater than the doping concentration of the collector region 21 ', and they are conveniently greater than the doping concentration of the emitter region 18'. the P-type region 34 establishes, at rest, a conduction path for the holes between the P-type base region 20 'and the emitter electrode 25', via the P-type region 33 , which is contiguous with the electrode 25 '. At rest, the P-type region 34 has a conductivity for the holes which is high enough to terminate the basic driving current of the transistor 12. This occurs because the P type region 34 derives a sufficient hole current from the base region 20 ′, towards the emitter electrode 25 ′, this Qtu blocks the transistor 12.
Cependant, le fait de polariser l'électrode isolée 35 avec une tension positive dépassant une tension de seuil de blocage, appauvrit en trous la région de type P 34 et réduit sa conductivité pour les trous dans une mesure telle qu'elle ntabsorbe plus le courant d'attaque de base du transistor 12.However, polarizing the insulated electrode 35 with a positive voltage exceeding a blocking threshold voltage depletes the P-type region 34 in holes and reduces its conductivity for the holes to such an extent that it no longer absorbs current basic drive of transistor 12.
Du fait que la région de type P 34 est conductrice au repos, la structure de blocage 32 est du type conducteur au repos.Because the P-type region 34 is conductive at rest, the blocking structure 32 is of the conductive type at rest.
Le RGI 15 comprend deux cellules 38 et 39 qui sont commodément mutuellement syfnétriques, au moins en ce qui concerne la partie du RGI 13 contenue dans la couche épitaxiale 40. On ne décrira donc en détail ci-après que la cellule de
RGI 38.The RGI 15 comprises two cells 38 and 39 which are conveniently mutually symmetrical, at least as regards the part of the RGI 13 contained in the epitaxial layer 40. We will therefore only describe in detail below the cell of
RGI 38.
La cellule de RGI 38 comprend des régions de type N 41 et 42, une région de type P 44, une région de type N 45, une région de type P 47 et, facultativement (comme on ltenvi- sagera ci-après), des régions de type N 48. Les concentrations de dopage appropriées pour les diverses régions de la cellule de RGI 38 sont de ordre des nombres suivants
Régions de type N 41 et 42 : 1019
Région de type P 44 : 1017 à 5 x 1018
Région de type N 45 : 1014 à 5 x 1015 (au moins
pour une partie principale)
Région de type P 47 : 1019 20
Région de type N 48 : 10
Une électrode 50 est contiguë à la fois aux régions de type N 41 et 42 et à la région de type P 44o Une électrode 51 est contiguë à la région de type P 47.Une électrode 52 est séparée de la couche épitaxiale 40 par une couche isolante 53 et recouvre une partie de la région de type P 44, entre la région de type N 41 et la région de type N 45.The RGI cell 38 comprises N-type regions 41 and 42, a P-type region 44, an N-type region 45, a P-type region 47 and, optionally (as will be discussed below), N 48 type regions. The appropriate doping concentrations for the various regions of the RGI 38 cell are in the order of the following numbers
Type N regions 41 and 42: 1019
P 44 region: 1017 to 5 x 1018
Type N 45 region: 1014 to 5 x 1015 (at least
for a main part)
Type P region 47: 1019 20
N 48 type region: 10
An electrode 50 is contiguous to both the N-type regions 41 and 42 and to the P-type region 44o An electrode 51 is contiguous to the P-type region 47. An electrode 52 is separated from the epitaxial layer 40 by a layer insulator 53 and covers part of the P-type region 44, between the N-type region 41 and the N-type region 45.
L'état de fonctionnement de la cellule de RGI 38 dépend du niveau de tension sur la grille 37, par rapport à l'électrode 50 du SGI. La grille 37 est connectée à l'élec- trode isolée 52. lorsque la grille 37 est polarisée à une tension inférieure à un niveau de seuil (qu'on appellera simplement ci-après "tension de seuil du RGI"), le RGI 13 demeure bloqué. Lorsqu'une tension positive supérieure à la tension de seuil du RGI est appliquée sur la grille 37, un canal d'inversion 54 est créé dans la région de type P 44, sous l'électrode isolée 52. Le canal d'inversion 54 ferme un circuit dans lequel les électrons peuvent circuler de ltélectro- de 50 vers la région de type N 45, par l'intermédiaire de la région de type N 41.L'intensité du courant d'électrons dans le canal 54 augmente lorsqu'on augmente le niveau de la tension de polarisation sur la grille 370
Du fait que de nombreux trous et électrons sont présents dans la région de type N 45 lorsque le RGI est dans son état débloqué, il en résulte l'existence d'un retard au blocage du RGI 13, pendant lequel ces trous et ces électrons se recombinent. Pendant ce retard, le courant du RGI 13 continue à circuler à un niveau faible. La présence des régions de type N facultatives 48 réduit le retard du fait que ces régions absorbent des électrons provenant de la région de type N 45 et les injectent dans la région de type P 47, dans laquelle ils se recombinent rapidement.Cependant, les régions de type N 48 ne réduisent que partiellement le retard de blocage, conformément à un modèle qui est connu dans la technique sous l'appellation de modèle numérique bidiensionnel, fonction du temps, ayant une solution exacte.The operating state of the RGI cell 38 depends on the voltage level on the gate 37, relative to the electrode 50 of the SGI. The gate 37 is connected to the isolated electrode 52. when the gate 37 is biased at a voltage below a threshold level (which will hereinafter simply be called "RGI threshold voltage"), the RGI 13 remains blocked. When a positive voltage greater than the threshold voltage of the RGI is applied to the gate 37, an inversion channel 54 is created in the P-type region 44, under the insulated electrode 52. The inversion channel 54 closes a circuit in which electrons can flow from electro- from 50 to the N-type region 45, via the N-type region 41.The intensity of the electron current in channel 54 increases with increasing the level of the bias voltage on the grid 370
Because many holes and electrons are present in the N 45 type region when the RGI is in its unlocked state, this results in the existence of a delay in blocking the RGI 13, during which these holes and these electrons recombine. During this delay, the current from RGI 13 continues to flow at a low level. The presence of the optional N-type regions 48 reduces the delay since these regions absorb electrons from the N-type region 45 and inject them into the P-type region 47, in which they recombine rapidly. However, the regions of type N 48 only partially reduce the blocking delay, in accordance with a model which is known in the art under the name of two-dimensional digital model, function of time, having an exact solution.
Le RGI 13 ne fonctionne pas si l'une quelconque de ses structures N-P-N parasites, formées par exemple par la région de type N 41, la région de type P 44 et la région de type N 45, à un gain suffisamment élevé pour verrouiller le
RGI dans un état conducteur. On peut utiliser diverses techniques pour réduire ce gain. Par exemple, on peut minimiser la largeur latérale des régions de type N 41 et 42, et on peut maximiser la largeur sur laquelle la région de type P 44 est court-circuitée à l'électrode 50, comme dans la région 550
De plus, on peut établir des centres de recorurbinaison dans la région de type P 44 ou dans la région de type N 45, ou dans les deux, pour supprimer des porteurs qui augmente raient par ailleurs le gain des structures IT-P-N parasites.The RGI 13 does not work if any of its parasitic NPN structures, formed for example by the N type region 41, the P type region 44 and the N type region 45, at a gain high enough to lock the
RGI in a conductive state. Various techniques can be used to reduce this gain. For example, we can minimize the lateral width of the N-type regions 41 and 42, and we can maximize the width over which the P-type region 44 is short-circuited at electrode 50, as in region 550
In addition, recorurbination centers can be established in the P 44 region or in the N 45 region, or in both, to suppress carriers which would also increase the gain of parasitic IT-PN structures.
On va considérer maintenant l'interaction entre le transistor bipolaire 11 et le RGI 13, avec le transistor bipolaire 11 initialement bloqué, en supposant que la grille 37 est polarisée à une tension positive supérieure à la tension de seuil du RGI. Ceci crée le canal d'inversion 54 et permet une circulation d'électrons de l'électrode 50 du RGI vers la région de type N 45. Simultanément, la région de type P 47 injecte des trous dans la région de type N 45 et ces trous se recombinent avec les électrons dans la région 45, ce qui fait circuler un courant dans le RGI 13. We will now consider the interaction between the bipolar transistor 11 and the RGI 13, with the bipolar transistor 11 initially blocked, assuming that the gate 37 is biased at a positive voltage greater than the threshold voltage of the RGI. This creates the inversion channel 54 and allows a flow of electrons from the electrode 50 of the RGI towards the N type region 45. Simultaneously, the P type region 47 injects holes in the N type region 45 and these holes recombine with electrons in region 45, causing a current to flow through RGI 13.
Le RGI 13 attaque la région de base 20 du transistor bipolaire en absorbant à partir de l'électrode de base 27 des électrons qui sont dirigés vers l'électrode 50 du RGI. The RGI 13 attacks the base region 20 of the bipolar transistor by absorbing from the base electrode 27 electrons which are directed to the electrode 50 of the RGI.
Ceci fait que la région frontière 57 entre l'électrode de base 27 et la région de base 20, qui est une région à vitesse de recombinaison élevée, fournit des trous à la région de base 20. Comme on le sait, l'application d'un courant de trous suffisant à la région de base de type P 20 a pour effet de débloquer le transistor bipolaire 11. Pour que le transistor Il demeure débloqué, le RGIR@I 13 doit fournir en permanence un courant de trous à la région de base 20.This causes the border region 57 between the base electrode 27 and the base region 20, which is a region of high recombination speed, to provide holes in the base region 20. As is known, the application of sufficient hole current to the P-type base region 20 has the effect of unblocking the bipolar transistor 11. In order for the transistor Il to remain unblocked, the RGIR @ I 13 must permanently supply a hole current to the region of base 20.
Lorsqu'on désire bloquer le transistor bipolaire 11, on réduit la tension de polarisation de la grille 37 au-dessous du niveau de tension de seuil du RGI, ce qui élimine le canal d'inversion 54 et supprime l'application d'électrons a la région de type N 45 à partir de l'électrode 50 du RGI. Les électrons qui restent dans la région de type N 45 doivent se recombiner (avec des trous) avant que le courant de trous appliqué à la région de base 20 soit réduit jusqu'à une valeur suffisamment faible pour bloquer le transistor bipolaire 11. When it is desired to block the bipolar transistor 11, the bias voltage of the gate 37 is reduced below the threshold voltage level of the RGI, which eliminates the inversion channel 54 and eliminates the application of electrons a the N-type region 45 from the electrode 50 of the RGI. The electrons that remain in the N-type region 45 must recombine (with holes) before the hole current applied to the base region 20 is reduced to a value low enough to block the bipolar transistor 11.
Comme indiqué ci-dessus, il existe un retard au blocage du
RGI 13 qui est dû à la recombinaison d'électrons dans la région de type N 45 du RGI. Bien qu'un tel retard provoquerait probablement un échauffement excessif du RGI 13 s'il acheminait le courant de charge vers un circuit (non représenté) externe à la structure de semiconducteur 10, au lieu de l'ache
miner vers le transistor bipolaire 11, ce retard ne provoque qu'un échauffement minimal du RGI 13 pendant le blocage.As indicated above, there is a delay in blocking the
RGI 13 which is due to the recombination of electrons in the N 45 type region of the RGI. Although such a delay would likely cause the RGI 13 to overheat if it routes the load current to a circuit (not shown) external to the semiconductor structure 10, instead of the ach
mine towards the bipolar transistor 11, this delay causes only a minimal heating of the RGI 13 during blocking.
L'échauffement ou la dissipation de puissance du
RGI 13 pendant le blocage est égal au produit du courant du
RGI 13 et de sa tension (c'est-à-dire la tension entre les bornes 50 et 51). Pendant le blocage, la tension ou le cou- rant du RGI 13, ou les deux, sont maintenus à un niveau bas, ce qui minimise l'échauffement du RGI 13. En particulier, le transistor 11 passe dans un mode de stockage lorsqu'il commence à se bloquer. Pendant ce mode de stockage, la tension du transistor 11 (c'est-à-dire la tension entre les électrodes 16 et 28) demeure basse. De plus, pendant le mode de stockage, le courant du RGI 13 est limité à une fraction faible du courant de charge dans le circuit externe. Plus précisément, il est égal au courant de charge divisé par le gain du transistor 11.Lorsque le mode de stockage du transistor 11 s'est terminé, la tension aux bornes du RGI 13 augmente effectivement ; cependant, à ce moment, les électrons en excès dans la région de type N 45 du RGI se sont recombinés, et le courant du RGI 13 est très faible.Heating or power dissipation of the
RGI 13 during blocking is equal to the product of the current of the
RGI 13 and its voltage (i.e. the voltage between terminals 50 and 51). During blocking, the voltage or current of the RGI 13, or both, are kept at a low level, which minimizes the heating of the RGI 13. In particular, the transistor 11 goes into a storage mode when it starts to hang. During this storage mode, the voltage of transistor 11 (that is to say the voltage between electrodes 16 and 28) remains low. In addition, during the storage mode, the current of the RGI 13 is limited to a small fraction of the load current in the external circuit. More precisely, it is equal to the load current divided by the gain of the transistor 11. When the storage mode of the transistor 11 has ended, the voltage across the terminals of the RGI 13 effectively increases; however, at this time, the excess electrons in the N 45 type region of RGI have recombined, and the current of RGI 13 is very weak.
On va maintenant considérer l'interaction entre le transistor bipolaire modifié 12 et le RGI 13. Lorsqu'une tension de polarisation sur la grille 37 est initialement inférieure à la tension de seuil de blocage, par exemple lorsque la polarisation est de zéro volt, le transistor 12 demeure bloqué. Ceci vient du fait que la région de type P 34 dans le transistor 12 établit un chemin pour la circulation d'un courant de 1rouis de la région de base de type P 20' vers l'électrode d'émetteur 25', ce qui supprime le courant d'attaque de base du transistor 120
Lorsque la tension de polarisation sur la grille 37 est augmentée jusqu'à une valeur si érieure à la tension de seuil du RGI et à la tension de seuil de blocage, deux actions ont lieu
(1) La région de type P 34 de#ient appauvrie en
trous et ne peut plus supprime le courant
d'attaque de base du transistor 12 ; et
(2) Le canal dtinrersion 54 est créé et le RGI 13
fournit un courant d'attaque de base au tran
sistor 12.We will now consider the interaction between the modified bipolar transistor 12 and the RGI 13. When a bias voltage on the gate 37 is initially lower than the blocking threshold voltage, for example when the bias is zero volts, the transistor 12 remains blocked. This is due to the fact that the P-type region 34 in the transistor 12 establishes a path for the circulation of a current of 1 flow from the P-type base region 20 'to the emitter electrode 25', which eliminates the basic drive current of transistor 120
When the bias voltage on the gate 37 is increased to a value so higher than the threshold voltage of the RGI and the blocking threshold voltage, two actions take place
(1) The P 34 type region of # is depleted in
holes and can no longer remove the current
basic driver of transistor 12; and
(2) The drainage channel 54 is created and the RGI 13
provides basic attack current to the tran
sistor 12.
Par conséquent, le transistor 12 devisent conducteur. Pour bloquer le transistor 12, on diminue la tension de polarisation sur la grille 37 au-dessous de la tension de seuil du
RGI et de la tension de seuil de blocage, et une inversion des deux actions précédentes commence. Pendant le blocage, le RGI 13 n'est pas soumis à un échauffement excessif, pour les raisons indiquées ci-dessus en ce qui concerne le blocage du RGI 13 et du transistor bipolaire 11. De plus, l'utilisation de la structure de blocage 32 réduit fortement l'échauffement du transistor bipolaire 12 en le bloquant rapidement.Consequently, the transistor 12 becomes conductive. To block transistor 12, the bias voltage on gate 37 is reduced below the threshold voltage of
RGI and blocking threshold voltage, and a reversal of the two previous actions begins. During blocking, the RGI 13 is not subjected to excessive heating, for the reasons indicated above with regard to the blocking of the RGI 13 and of the bipolar transistor 11. In addition, the use of the blocking structure 32 greatly reduces the heating of the bipolar transistor 12 by blocking it quickly.
Un avantage du EGI 13 et du transistor bipolaire modifié 12 consiste en ce qu'une seule grille 37 est nécessaire pour faire fonctionner a la fois le RGI 13 et la structure de blocage 32, conductrice au repos, du transistor 12. An advantage of the EGI 13 and of the modified bipolar transistor 12 is that a single gate 37 is necessary to operate both the RGI 13 and the blocking structure 32, conductive at rest, of the transistor 12.
Avec le RGI 13 intégré de façon monolithique avec les transistors bipolaires 11 et 12 dans la structure à semiconducteur 10, la région de transistor de type N 22' doit s'étendre horizontalement vers le RGI 13, à partir d'un emplacement situé sous la région de base de type P 20', sur une distance 61 suffisante (lorsqu'on la considère en liaison avec la distance 62 entre la région 44 de type P du RGI et la région 47 de type P du RGI) pour empêcher que des trous provenant de la région de type P 47 n'atteignent la région de base de transistor de type P, 20' et ne verrouillent dans un état conducteur la structure P-N-P-N parasite-formée par la région de type P 47, la région de type N 45, la région de type P 20' et la région de type N 18'. With the RGI 13 monolithically integrated with the bipolar transistors 11 and 12 in the semiconductor structure 10, the N-type transistor region 22 ′ must extend horizontally towards the RGI 13, from a location located under the P-type base region 20 ′, over a distance 61 sufficient (when considered in conjunction with the distance 62 between the P-type region 44 of the RGI and the P-type region of RGI) to prevent holes from the P-type region 47 do not reach the base region of the P-type transistor, 20 ′ and do not lock in a conductive state the parasitic PNPN structure formed by the P-type region 47, the N-type region 45 , the P-type region 20 'and the N-type region 18'.
On va maintenant considérer la figure 2 qui montre une structure à semiconducteur 70 comportant un substrat massif de type N 72, au lieu d'un substrat massif de type P, comme dans la structure 10 de la figure 1. A l'exception de la différence indiquée ci-dessous, les parties restantes de la structure 70 sont identiques aux parties restantes de la structure 10. En particulier, les éléments semiconducteurs 11', 12' et 13' de la structure 70 donnent lieu à une interaction mutuelle de la même manière que les éléments correspondants 11, 12 et 13 de la structure 10. We will now consider FIG. 2 which shows a semiconductor structure 70 comprising a solid substrate of type N 72, instead of a solid substrate of type P, as in structure 10 of FIG. 1. With the exception of the difference indicated below, the remaining parts of the structure 70 are identical to the remaining parts of the structure 10. In particular, the semiconductor elements 11 ', 12' and 13 'of the structure 70 give rise to a mutual interaction of the same so that the corresponding elements 11, 12 and 13 of the structure 10.
La région de type N 74 forme les transistors bipolaires Il' et 12' sans la nécessité d'une région supplémentaire semblable à la région de type N 22 de la structure à semiconducteur 10 (figure 1). The N-type region 74 forms the bipolar transistors II 'and 12' without the need for an additional region similar to the N-type region 22 of the semiconductor structure 10 (Figure 1).
Les régions de type P 76 dans le RGI 13' correspondent à la région de type P 47 du RGI 13 (figure 1). Les régions de type P 76 comprennent de préférence un ensemble de régions, comme représenté, avec la région de type N 74 contiguë à la région de type N 78, entre des régions de type
P 76 adjacentes (par exemple au point 80). Ceci permet à la région de type N 74 d'extraire les électrons en excès dans la région de type N 78, pendant que le RGIR@I 13' se bloque. Comme représenté, les régions de type P 76 ont ainsi pour action de réduire le retard au blocage du RGI 13', d'une manière similaire à la fonction des régions de type N 48 de la structure 10 (figure 1).The P-type regions 76 in the RGI 13 'correspond to the P-type region 47 of the RGI 13 (FIG. 1). The P-type regions 76 preferably include a set of regions, as shown, with the N-type region 74 contiguous to the N-type region 78, between type-regions
P 76 adjacent (for example in point 80). This allows the N-type region 74 to extract excess electrons in the N-type region 78, while the RGIR @ I 13 'is blocked. As shown, the P-type regions 76 thus have the action of reducing the delay in blocking the RGI 13 ′, in a similar manner to the function of the N-type regions 48 of the structure 10 (FIG. 1).
Les concentrations de dopage caractéristiques pour la région de type N 74 et les régions de type P 76 sont respectivement de 1019 et 10
Avec le RGI 13' intégré de façon monolithique avec les transistors bipolaires 11' et 12' dans la structure à semiconducteur 70, la région de transistor de type P 84 doit entre séparée horizontalement de la plus proche des régions de type P 76 du RGI d'une distance 86 suffisante (considérée en liaison avec la distance 88 entre la région de type P 90 du RGI et les régions de type P 76 du RGI)pour empecher que des trous provenant des régions de type P 76 n'atteignent la région de base de transistor de type P 84 et ne verrouillent à l'état conducteur la structure P-N-P-N parasite qui est formée par la région de type P 76, la région de type N 78, la région de type P 84 et la région de type IN 92.The characteristic doping concentrations for the N 74 type region and the P 76 type regions are 1019 and 10 respectively.
With the RGI 13 'monolithically integrated with the bipolar transistors 11' and 12 'in the semiconductor structure 70, the P-type transistor region 84 must be horizontally separated from the closest to the P-type regions 76 of the RGI d 'a distance 86 sufficient (considered in conjunction with the distance 88 between the P 90 type region of the RGI and the P 76 type regions of the RGI) to prevent holes from the P 76 type regions from reaching the region of P 84 type transistor base and do not lock in the conductive state the parasitic PNPN structure which is formed by the P type region 76, the N type region 78, the P 84 type region and the IN 92 type region .
On va maintenant considérer la figure 3 qui représente une structure à semiconducteur 100 qui correspond à un mode de réalisation supplémentaire de l'invention. La structure à semiconducteur 100 comprend un RGI 101, qui peut commodément eAtre identique au RGI 13 décrit ci-dessus, un transistor bipolaire 102, qui peut commodément etre identique à la cellule de transistor bipolaire 15 décrite ci-dessus, et une structure de blocage conductrice au repos, 103, similaire à la structure de blocage conductrice au repos, 32, de la figure 1. We will now consider FIG. 3 which represents a semiconductor structure 100 which corresponds to an additional embodiment of the invention. The semiconductor structure 100 includes an RGI 101, which can conveniently be identical to the RGI 13 described above, a bipolar transistor 102, which can conveniently be identical to the bipolar transistor cell 15 described above, and a blocking structure. conductive at rest, 103, similar to the conductive blocking structure at rest, 32, of FIG. 1.
La structure de blocage conductrice au repos 103 comprend une région de type P 106, une électrode 107 et une couche d'isolation 108 qui sépare l'électrode 107 et la région 106. L'extrémité gauche de la région 106 est contiguë à la région de base de transistor de type P 105 et son extrémité droite est connectée électriquement à l'électrode d'émetteur de transistor 112, par l'intermédiaire d'une région de type P 111 et d'une électrode 109 contiguë à la région 111. La structure de blocage conductrice au repos 103 bloque le transistor bipolaire 102 lorsque la tension de polarisation sur la grille 107 est inférieure à une valeur de seuil, en supprimant le courant d'attaque de base du transistor 102. The conductive blocking structure at rest 103 comprises a P-type region 106, an electrode 107 and an insulating layer 108 which separates the electrode 107 and the region 106. The left end of the region 106 is contiguous with the region P-type transistor base 105 and its straight end is electrically connected to the transistor emitter electrode 112, via a P-type region 111 and an electrode 109 contiguous to region 111. The conductive blocking structure at rest 103 blocks the bipolar transistor 102 when the bias voltage on the gate 107 is less than a threshold value, by suppressing the basic driving current of the transistor 102.
Dans un autre mode de réalisation, le RGI 101 constitue un dispositif séparé du transistor bipolaire 102 et de la structure de blocage conductrice au repos 103. In another embodiment, the RGI 101 constitutes a device separate from the bipolar transistor 102 and from the conductive blocking structure at rest 103.
Dans un tel mode de réalisation, il n'est pas nécessaire que le transistor 102 comprenne la région de type P 114o
On va maintenant considérer la figure 4 qui représente une structure à semiconducteur 200 correspondant à encore un autre mode de réalisation de l'invention. La structure à semiconducteur 200 comprend un RGI 201, qui est commodément identique au RGI 13, décrit ci-dessus, une structure de blocage conductrice au repos 202, similaire à la structure de blocage conductrice au repos 32 de la figure 1, et un transistor bipolaire 203 qui peut commodément être identique à la cellule de transistor bipolaire 15 de la figure 1.In such an embodiment, it is not necessary for the transistor 102 to understand the P-type region 114o.
We will now consider FIG. 4 which represents a semiconductor structure 200 corresponding to yet another embodiment of the invention. The semiconductor structure 200 includes an RGI 201, which is conveniently identical to the RGI 13, described above, a conductive blocking structure at rest 202, similar to the conductive blocking structure at rest 32 of Figure 1, and a transistor bipolar 203 which can conveniently be identical to the bipolar transistor cell 15 of FIG. 1.
La structure de blocage conductrice au repos 202 est similaire à la structure de blocage conductrice au repos 103 de la figure 3, dans la mesure où elle comprend une région de type P 205, une couche d'isolation 207 qui sépare une électrode 206 par rapport à la région 205, et une région de type
P 208 sur laquelle se trouve une électrode 210. Cependant, la région de type P 205 n'est pas contiguë à la région de base de transistor bipolaire de type P 212 ; à la place, elle est connectée électriquement à la région de base 212 par l'intermédiaire de la région de RGI de type P 214, de l'électrode de RGI 215 et de l'électrode de base de transistor bipolaire 217.The conductive blocking structure at rest 202 is similar to the conductive blocking structure at rest 103 of FIG. 3, in that it comprises a P-type region 205, an insulation layer 207 which separates an electrode 206 relative to to region 205, and a region of type
P 208 on which an electrode 210 is located. However, the P-type region 205 is not contiguous to the base region of P-type bipolar transistor 212; instead, it is electrically connected to the base region 212 via the P-type RGI region 214, the RGI electrode 215 and the bipolar transistor base electrode 217.
Dans un autre mode de réalisation, le RGI 201 et la structure de blocage conductrice au repos 202 constituent un dispositif séparé du transistor bipolaire 203. Dans un tel mode de réalisation, il n'est pas nécessaire que le transistor 203 comporte la région de type P 218. In another embodiment, the RGI 201 and the conductive blocking structure at rest 202 constitute a device separate from the bipolar transistor 203. In such an embodiment, the transistor 203 need not include the type region P 218.
Dans les structures à semiconducteur 100 et 200 des figures respectives 3 et 4, les structures de blocage conductrices au repos 103 et 202 ne nécessitent pas une diffusion P+ supplémentaire, comme c'est nécessaire pour la région de type P 34 du transistor bipolaire modifié 12 de la figure 1, ce qui simplifie la fabrication des structures à semiconducteur 100 et 200. In the semiconductor structures 100 and 200 of the respective figures 3 and 4, the resting conductive blocking structures 103 and 202 do not require additional P + diffusion, as is necessary for the P type region 34 of the modified bipolar transistor 12 of FIG. 1, which simplifies the manufacture of the semiconductor structures 100 and 200.
Dans une technique préférée pour fabriquer la structure à semiconducteur O de la fifre 1, on utilise un substrat massif de type P, 30, on forme les régions de type
N 22 et 22' par diffusion ou i#lantation ionique dans le substrat 30, par sa surface supérieure. Si on le désire, on peut former à ce moment de façon similaire les régions de type N 48 du RGI, On fait ensuite croître la couche épitaxiale 40 sur le substrat massif 30. On forme ensuite les diverses régions de type P, par exemple les régions 44, 20' et 20 par diffusion ou implantation ionique par la surface supérieure de la couche épitaxiale 40.On forme les diverses régions N+ qui sont contiguës à la surface supérieure de la couche épitaxiale 40, comme les régions 41, 42, 18' et 18, par diffusion ou implantation ionique par la surface supérieure de la couche épitaxiale 40. On forme ensuite les régions de type P 33 et 34 de la structure de blocage conductrice au repos 32, par diffusion ou implantation ionique, simultanément ou dans un ordre quelconque, par la surface supérieure de la couche épitaxiale 40. On fait ensuite croitre de l'oxyde isolant pour former les couches d'isolation 36 et 53. On applique un métal ou du silicium polycristailin fortement dopé pour former les électrodes 35 et 52. Enfin, on forme les diverses autres électrodes (c'est-à-dire les électrodes 25, 27, 28, 25', 27', 28', 50 et 51) par évaporation ou dépôt.In a preferred technique for manufacturing the semiconductor structure O of the fife 1, a solid P-type substrate is used, 30, the type-regions are formed.
N 22 and 22 'by diffusion or ionization in the substrate 30, by its upper surface. If desired, the N 48 type regions of the RGI can be formed at this time in a similar manner. The epitaxial layer 40 is then grown on the solid substrate 30. The various P type regions are then formed, for example the regions 44, 20 'and 20 by ion diffusion or implantation by the upper surface of the epitaxial layer 40. The various N + regions which are contiguous to the upper surface of the epitaxial layer 40 are formed, such as regions 41, 42, 18' and 18, by ion diffusion or implantation by the upper surface of the epitaxial layer 40. The P-type regions 33 and 34 of the conductive blocking structure at rest 32 are then formed, by ion diffusion or implantation, simultaneously or in order. any, by the upper surface of the epitaxial layer 40. Then insulating oxide is grown to form the insulation layers 36 and 53. A metal or highly doped polycrystalline silicon is applied to form the electrodes 35 and 52. Finally, the various other electrodes (that is to say the electrodes 25, 27, 28, 25 ', 27', 28 ', 50 and 51) are formed by evaporation or deposition.
La fabrication de la structure à semiconducteur 70 est similaire à la fabrication de la structure à semiconducteur 10, avec l'exception suivante. On utilise un substrat massif de type N au lieu d'un substrat massif de type P. Ensuite, on diffuse ou on implante les régions de type P 76 dans le substrat 72, par sa surface supérieure. Les opérations restantes sont les mêmes que pour la structure à semiconducteur 10. The fabrication of the semiconductor structure 70 is similar to the fabrication of the semiconductor structure 10, with the following exception. A solid N-type substrate is used instead of a solid P-type substrate. Then, the P-type regions 76 are diffused or implanted in the substrate 72, by its upper surface. The remaining operations are the same as for the semiconductor structure 10.
La fabrication des structures à semiconducteur 100 et 200 découle de la fabrication de la structure à semicon -ducteur 10 décrite ci-dessus. The manufacture of the semiconductor structures 100 and 200 follows from the manufacture of the semicon-conductor structure 10 described above.
L'invention peut employer une ou plusieurs cellules de RGI et une ou plusieurs cellules de transistor bipolaire, dont une partie ou la totalité peut être modifiée pour comporter la structure de blocage conductrice au repos, ou bien cette dernière peut être séparée de la cellule ou des cellules de transistor bipolaire, comme dans le cas représenté sur les figures 3 et 4. L'invention permet l'isolation de toutes les cellules de RGI par rapport aux cellules de transistor bipolaire dans une structure à semiconducteur monolithique, et elle permet également l'isolation des cellules de transistor bipolaire modifié, comme la cellule de transistor bipolaire 31 de la figure 1, par rapport aux cellules de RGI et par rapport aux cellules de transistor bipolaire, lorsque ces dernières sont présentes.Comme indiqué ci-dessus, l'invention englobe également des dispositifs ou des éléments semiconducteurs séparés pour le RGI, le transistor bipolaire et le transistor bipolaire modifié. The invention may employ one or more RGI cells and one or more bipolar transistor cells, part or all of which may be modified to include the conductive blocking structure at rest, or the latter may be separated from the cell or bipolar transistor cells, as in the case shown in FIGS. 3 and 4. The invention allows the isolation of all the RGI cells from the bipolar transistor cells in a monolithic semiconductor structure, and it also allows the isolation of the modified bipolar transistor cells, like the bipolar transistor cell 31 of FIG. 1, with respect to the RGI cells and with respect to the bipolar transistor cells, when the latter are present. As indicated above, the The invention also encompasses separate semiconductor devices or elements for the RGI, the bipolar transistor and the modified bipolar transistor.
Des détails supplémentaires concernant un RGI figurent dans les demandes de brevet US 212 818 et 324 245. Additional details regarding an RGI are found in U.S. Patent Applications 212,818 and 324,245.
Des détails supplémentaires concernant un transistor bipolaire modifié, comme le transistor 12 de la figure 1, figurent dans la demande de brevet française déposée le même jour par la demanderesse sous le titre "Dispositif intégré comprenant un thyristor ou un transistor bipolaire avec commande du blocage et du déblocage par transistor à effet de champ".Additional details concerning a modified bipolar transistor, such as the transistor 12 of FIG. 1, appear in the French patent application filed the same day by the applicant under the title "Integrated device comprising a thyristor or a bipolar transistor with blocking control and unlocking by field effect transistor ".
Dans un mode de réalisation dans lequel une ou plusieurs cellules de transistor bipolaire et une ou plusieurs cellules de RGI sont intégrées dans une structure monolithique, la ou les cellules de RGI occupent avantageusement une aire très inférieure à celle d'un transistor bipolaire ou d'un transistor à effet de champ NOS. Dans un mode de réalisation dans lequel il existe à la fois une ou plusieurs cellules de RGI et une structure de blocage conductrice au repos, on peut avantageusement faire fonctionner ces deux éléments en commun à partir d'une seule source de tension. Dans tous les modes de réalisation, la ou les cellules de RGI ont une impédance d'entrée élevée. Par exemple, dans le RGI 13 (figure 1), l'entrée correspond à l'électrode 52 qui est isolée de la couche épitaxiale 40 par une couche d'isolation 53. In an embodiment in which one or more bipolar transistor cells and one or more RGI cells are integrated in a monolithic structure, the RGI cell (s) advantageously occupy an area much smaller than that of a bipolar transistor or an NOS field effect transistor. In an embodiment in which there are both one or more RGI cells and a conductive blocking structure at rest, it is advantageous to operate these two elements in common from a single voltage source. In all embodiments, the RGI cell (s) have a high input impedance. For example, in the RGI 13 (FIG. 1), the input corresponds to the electrode 52 which is isolated from the epitaxial layer 40 by an insulation layer 53.
Bien que l'invention ait été décrite en considérant à titre d'exemple des modes de réalisation particuliers, l'homme de l'art notera qu'elle peut faire l'objet de nombreuses modifications. Par exemple, on pourrait réaliser des structures ou des éléments à semiconducteur complémentaires en appliquant la description de l'invention faite ci-dessus, en considérant que la matière de type g est remplacée par de la matière de type P, et inversement, et que les électrons sont remplacés par des trous, et inversement. En outre, bien qu'on ait considéré ci-dessus que la structure de blocage conductrice au repos était du type métal-oxyde-semiconducteur, elle pourrait tout aussi bien entre du type conducteur-isolantsemiconducteur. Although the invention has been described by considering by way of example particular embodiments, those skilled in the art will note that it can be subject to numerous modifications. For example, additional structures or semiconductor elements could be produced by applying the description of the invention made above, considering that the type g material is replaced by type P material, and vice versa, and that the electrons are replaced by holes, and vice versa. Furthermore, although it has been considered above that the conductive blocking structure at rest is of the metal-oxide-semiconductor type, it could just as easily be of the conductive-insulating-semiconductor type.
Claims (10)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US36429882A | 1982-04-01 | 1982-04-01 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2524710A1 true FR2524710A1 (en) | 1983-10-07 |
| FR2524710B1 FR2524710B1 (en) | 1986-03-14 |
Family
ID=23433890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8305467A Expired FR2524710B1 (en) | 1982-04-01 | 1983-04-01 | SEMICONDUCTOR SWITCHING DEVICE |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58212173A (en) |
| FR (1) | FR2524710B1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0144909A2 (en) * | 1983-12-05 | 1985-06-19 | General Electric Company | Integrated power switching semiconductor devices including IGT and MOSFET structures |
| EP0158292A2 (en) * | 1984-04-04 | 1985-10-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device having a drive circuit element and an output transistor |
| EP0164867A2 (en) * | 1984-06-04 | 1985-12-18 | General Motors Corporation | An integrated field controlled thyristor structure with grounded cathode |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0787247B2 (en) * | 1988-05-27 | 1995-09-20 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor device |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2488046A1 (en) * | 1980-07-31 | 1982-02-05 | Silicium Semiconducteur Ssc | DMOS controlled semiconductor power device - uses DMOS FET to drive thyristor with photodiodes deposited on insulating layer with power device using most of substrate area |
| GB2088631A (en) * | 1980-12-02 | 1982-06-09 | Gen Electric | Field effect controlled semiconductor rectifier |
| EP0065346A2 (en) * | 1981-05-20 | 1982-11-24 | Reliance Electric Company | Semiconductor switching device |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4329705A (en) * | 1979-05-21 | 1982-05-11 | Exxon Research & Engineering Co. | VMOS/Bipolar power switching device |
| JPS56100461A (en) * | 1980-01-17 | 1981-08-12 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductor ic device |
| JPS55102263A (en) * | 1980-01-21 | 1980-08-05 | Nec Corp | Semiconductor integrated circuit |
| DE3210353A1 (en) * | 1982-03-20 | 1983-09-22 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | MONOLITHICALLY INTEGRATED DARLINGTON CIRCUIT |
| JPS58165374A (en) * | 1982-03-26 | 1983-09-30 | Hitachi Ltd | Composite power transistor |
-
1983
- 1983-04-01 FR FR8305467A patent/FR2524710B1/en not_active Expired
- 1983-04-01 JP JP5532483A patent/JPS58212173A/en active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2488046A1 (en) * | 1980-07-31 | 1982-02-05 | Silicium Semiconducteur Ssc | DMOS controlled semiconductor power device - uses DMOS FET to drive thyristor with photodiodes deposited on insulating layer with power device using most of substrate area |
| GB2088631A (en) * | 1980-12-02 | 1982-06-09 | Gen Electric | Field effect controlled semiconductor rectifier |
| EP0065346A2 (en) * | 1981-05-20 | 1982-11-24 | Reliance Electric Company | Semiconductor switching device |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0144909A2 (en) * | 1983-12-05 | 1985-06-19 | General Electric Company | Integrated power switching semiconductor devices including IGT and MOSFET structures |
| EP0144909A3 (en) * | 1983-12-05 | 1987-05-27 | General Electric Company | Integrated power switching semiconductor devices including igt and mosfet structures |
| EP0158292A2 (en) * | 1984-04-04 | 1985-10-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device having a drive circuit element and an output transistor |
| EP0158292A3 (en) * | 1984-04-04 | 1987-05-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device having a drive circuit element and an output transistor |
| US5065212A (en) * | 1984-04-04 | 1991-11-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device |
| EP0164867A2 (en) * | 1984-06-04 | 1985-12-18 | General Motors Corporation | An integrated field controlled thyristor structure with grounded cathode |
| EP0164867A3 (en) * | 1984-06-04 | 1986-11-20 | General Motors Corporation | An integrated field controlled thyristor structure with grounded cathode |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2524710B1 (en) | 1986-03-14 |
| JPS58212173A (en) | 1983-12-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FR2722335A1 (en) | TWO-WAY THYRISTOR WITH SINGLE-GRID MOS STRUCTURE BOXING CAPACITY | |
| EP0040125B1 (en) | Protection device against parasitic currents in integrated circuits | |
| FR2812972A1 (en) | Semiconductor device e.g. silicon controlled rectifier has P+ and N+ regions formed respectively in N-type well region, which are connected to external pad | |
| FR2524711A1 (en) | INTEGRATED DEVICE COMPRISING A THYRISTOR OR BIPOLAR TRANSISTOR WITH CONTROL OF LOCKING AND UNLOCKING BY FIELD EFFECT TRANSISTORS | |
| FR2495382A1 (en) | FIELD EFFECT CONTROL DEVICE | |
| FR2744836A1 (en) | PROGRESSIVE CONCENTRATION EPITAXIAL SUBSTRATE FOR RESURF-DIFFUSED SEMICONDUCTOR DEVICE | |
| FR2723260A1 (en) | THYRISTOR HAS THREE TERMINALS WITH CHARACTERISTICS CONTROLLED BY ONE SINGLE GUTTER MOS | |
| FR2586862A1 (en) | SEMICONDUCTOR DEVICE IN PARTICULAR OF THE MOSFET TYPE. | |
| EP0581625B1 (en) | Multifunctional electronic device, in particular element with a negative dynamic resistance and corresponding method of fabrication | |
| FR2739224A1 (en) | BASE RESISTANCE CONTROLLED THYRISTOR STRUCTURE HAVING HIGH DENSITY IMPLANTATION FOR INCREASED CURRENT CAPACITY | |
| FR2570878A1 (en) | MONOLITHIC INTEGRATED SEMICONDUCTOR POWER DEVICE | |
| FR2723259A1 (en) | THYRISTOR MOS CONTROL HAVING CURRENT SATURATION CHARACTERISTICS | |
| FR3091024A1 (en) | Single photon avalanche photodiode | |
| FR2606214A1 (en) | BIPOLAR HETEROJUNCTION TRANSISTOR | |
| EP1076366A1 (en) | Bidirectional switch with improved switching performances | |
| FR2524710A1 (en) | Control device for bipolar transistor switch - has significantly varying doping concentrations in different semiconductor layers | |
| FR2960342A1 (en) | HF CONTROL BIDIRECTIONAL SWITCH | |
| WO2000038243A1 (en) | Peripheral structure for monolithic power device | |
| FR2763175A1 (en) | POWER SEMICONDUCTOR DEVICE | |
| WO2002050916A1 (en) | Sensitive bidirectional static switch | |
| EP0704903B1 (en) | Semiconductor component for the supply, recirculation and demagnetisation of an inductive load | |
| FR2526587A1 (en) | Bidirectional power MOSFET for synchronous rectifier circuit - has recombination region in base to inhibit internal parasitic devices | |
| EP0148065A2 (en) | High-speed semiconductor device, in particular a high-voltage p-i-n diode | |
| FR2462025A1 (en) | MONOLITHIC INTEGRATED CIRCUIT WITH COMPLEMENTARY MOS TRANSISTORS | |
| EP0109331B1 (en) | Asymmetrical thyristor for high inverse biasing |