SE537230C2 - Bipolär transistorförstärkarkrets med isolerad gate - Google Patents

Bipolär transistorförstärkarkrets med isolerad gate Download PDF

Info

Publication number
SE537230C2
SE537230C2 SE1350595A SE1350595A SE537230C2 SE 537230 C2 SE537230 C2 SE 537230C2 SE 1350595 A SE1350595 A SE 1350595A SE 1350595 A SE1350595 A SE 1350595A SE 537230 C2 SE537230 C2 SE 537230C2
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
layer
transistor
channel
type
igfet
Prior art date
Application number
SE1350595A
Other languages
English (en)
Other versions
SE1350595A1 (sv
Inventor
Klas-Håkan Eklund
Original Assignee
Klas Håkan Eklund Med K Eklund Innovation F
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Klas Håkan Eklund Med K Eklund Innovation F filed Critical Klas Håkan Eklund Med K Eklund Innovation F
Priority to SE1350595A priority Critical patent/SE537230C2/sv
Priority to JP2016513901A priority patent/JP6389247B2/ja
Priority to CN201480027380.6A priority patent/CN105264666B/zh
Priority to US14/889,876 priority patent/US9608097B2/en
Priority to PCT/SE2014/050577 priority patent/WO2014185852A1/en
Priority to EP14798633.5A priority patent/EP2997601A4/en
Publication of SE1350595A1 publication Critical patent/SE1350595A1/sv
Publication of SE537230C2 publication Critical patent/SE537230C2/sv

Links

Classifications

    • 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
    • H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/535—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including internal interconnections, e.g. cross-under constructions
    • 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
    • H01L27/0611—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 integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region
    • H01L27/0617—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 integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type
    • H01L27/0623—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 integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type in combination with 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
    • H01L29/02—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
    • H01L29/0603—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 characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0642—Isolation within the component, i.e. internal isolation
    • H01L29/0649—Dielectric regions, e.g. SiO2 regions, air gaps
    • 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
    • H01L29/0808—Emitter regions of bipolar transistors of lateral 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
    • H01L29/02—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
    • H01L29/0821—Collector 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
    • H01L29/02—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
    • H01L29/0843—Source or drain regions of field-effect devices
    • H01L29/0847—Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate
    • 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
    • H01L29/10—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 not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1004—Base region of bipolar transistors
    • H01L29/1008—Base region of bipolar transistors of lateral 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
    • H01L29/02—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
    • H01L29/10—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 not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1025—Channel region of field-effect devices
    • H01L29/1029—Channel region of field-effect devices of field-effect transistors
    • H01L29/1033—Channel region of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate, e.g. characterised by the length, the width, the geometric contour or the doping structure
    • 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
    • H01L29/10—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 not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1095—Body region, i.e. base region, of DMOS transistors or IGBTs
    • 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
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66234—Bipolar junction transistors [BJT]
    • H01L29/66325—Bipolar junction transistors [BJT] controlled by field-effect, e.g. insulated gate bipolar transistors [IGBT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)

Abstract

537 2 Sammandrag Foreliggande uppfinning astadkommer en lateral IGBT-transistor innefattande en bipolar transistor och en IGFET. Den laterala IGBTn innefattar en lagresistiv koppling mellan drainen hos IGFETen och basen hos den bipolara transistorn, och ett isolerande skikt anordnat mellan IGFETen och den bipolara transistorn. Den nya strukturen astadkommer en anordning som är immun mot latch och ger hog forstarkning och tillforlitlighet. Strukturen kan forverkligas med standard CMOS-teknologi tillganglig vid fabriker for komponenttillverkning.

Description

537 2 Bipolar transistorforstarkarkrets med isolerad gate Tekniskt °made Foreliggande uppfinning hanfor sig till en bipolar transistor med isolerad gate (IGBT).
Narmare bestamt avser foreliggande uppfinning en hybridform av halvledaranordningar som kombinerar en falteffekttransistor med en bipolar transistor.
Bakgrund till uppfinningen Under de senaste 5ren har ett okande intresse uppkommit for omr5det av Mgt integre- rade halvledare som kan anvandas som strombrytare och signalforstarkning.
US patentskriften 5,126,806 beskriver en lateral bipolar transistor med isolerat styre (IGBT), Ref. 1, som är sarskilt val lampad for anvandningar med starkstromsbrytning. Dar beskrivs en forbattrad IGFET som har sina source- och drain-elektroder anslutna till basen resp. emittern hos en lateral bipolar transistor. Nar en lamplig inspanning laggs p5 gaten, har i form av en positiv laddning, i IGFETen leder kanalen, och saner den bipolara transistorn i ledande tillst5nd. Den p5 gateelektroden p5lagda laddningen kan anvandas for att styra en stark strom genom den bipolara anordningen, vilket är av speciellt intresse vid kraftapplikationer. Sakra omkopplingar vid hoga spanningar kraver emellertid en mycket bred bas och en I5g forstarkning i den bipolara transistorn. Olika former av s5dana anord- ningar har integrerats i moderna CMOS-processer sAsom beskrivits av Bakeroot et.al. i IEEE EDL-28, sid. 416-418, 2007, Ref. 2. Relevant i detta sammanhang är ocksa en rapport av E. Kho Ching Tee med titeln "A review of techniques used in Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor (LIGBT)" i Journal of Electrical and Electronics Engineering, vol.3, sid.35- 52, 2012, Ref.3. Medan denna typ av anordning potentiellt ar mycket anvandbar for olika typer av strombrytning, med dess krav p5 hogspanningsfi5rm5ga och 15g inre forstarkning, Jr den ofordelaktig for en anordning integrerad i en Mgt integrerad lagspanningskrets avsedd for stromhantering och signalforstarkning.
Fig. 1A visar ett exempel p5 kand teknik i form av en lateral bipolar transistor med isolerad gate (LIGBT), s5som beskrivits i den ovan namnda US patentskriften 5,126,806 av Sakurai 1 537 2 et.al. Den integrerade anordningen 30 Jr utformad i ett I5gdopat skikt 35 av n-typ inneh51- lande ett dopat skikt 50 av p-typ med en hogre fororeningskoncentration an den i skiktet av n-typ och ett p+-skikt 70 med en fororeningskoncentration overstigande den i det dopade skiktet 50 av p-typ. I det p-dopade skiktet 50 Jr anordnat ett n+-skikt 60 med en fororeningskoncentration som Jr hogre an den i p-typsskiktet 50. Det p-dopade skiktet och n+-skiktet 60 Jr elektriskt kortslutna av en emitterelektrod 55. En kollektorelektrod 65 bildar en ohmisk kontakt med p+-skiktet 70. En isolerande film verkar som ett gatedielektrikum 40 och separerar gateelektroden 45 fra'n substratet.
Nar en positiv potential Jr p5lagd p5 gate-elektroden 45 inverteras ledningsform5gan for en ytdel av p-skiktet 50 under gate-dielektrikat 40 for att bilda en kanal av n-typ. Elektroner fr5n n+-skiktet 60 kan d5 passera genom kanalen fr5n n--skiktet 35 till p+-skiktet 70 fr5n vilket positiva [Al infors. Darigenom Jr n--skiktet 35, som har hog resistivitet, ledningsformAgemodulerat for att ge en bana med lag resistans mellan anoden (C) och katoden € i Fig. 1A. En I5g on-resistans och utmarkta fram5tblockerande egenskaper kan ph' s5 satt forverkligas, vilket är mycket vardefullt for olika typer av strombrytning.
IVI5nga modifikationer av den ovan beskrivna utformningen, med betoning p5 forbattrade brytningsprestanda, finns, av vilka vissa Jr tackta i en rapport med titeln "A review of techniques used in Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor (LIGBT)" av E. Kho Ching Tee publicerad i Journal of Electrical and Electronics Engineering, vol.3, sid.35-52, 2012.
Fig. 1B Jr ett ekvivalent elektriskt kretsschema till anordningen i Fig. 1A. Dar visas tre anslutningar, C, E och G. Anordningen utnyttjar en utvandig elektrod ph' baksidan av substratet. IGFETen av n-typ har sina source- och body-anslutningar sammanbyglade vid (E) och dessa Jr, i sin tur, anslutna till kollektorskiktet (C) hos den laterala bipolara pnptransistorn via body-resistansen, R1. Dar visas ocksa hur baselektroden hos den laterala pnp-transistorn Jr ansluten till drainen hos IGFETen via en variabel resistans, R2, dar den senare speglar ledningsformAgemoduleringen. 2 537 2 En vertikal parasitisk npn-transistor som har sin bas ansluten till kollektorn hos den laterala pnp-transistorn är inkluderad i Fig. 1B for att illustrera att LIGBTn innefattar en tyristorliknande struktur. SA snart denna tyristor feirorsakar latch-up kan LIGBTanordningen inte langre styras av gatepotentialen. Forutsattningen for latch-up är: anpn apnp 1, dar anpn och apnp är stromforstarkningen for den gemensamma basen hos den parasitiska npn-transistorn resp. pnp-transistorn. For att minska risken for latch-up är det vasentligt att sanka stromforstarkningen a I b5da transistorerna. Eftersom pnp-transistorn bar on-state-spanningsfallet maste forstarkningen hos npn-transistorn undertryckas genom att t.ex. Oka basens dopning under emitterskiktet (sanka basresistansen).
Sammanfattning av uppfinningen Uppenbarligen behover tidigare kanda halvledaranordningar av hybridtyp forbattras, speciellt vad avser latch-up, for att vara kommersiellt attraktiva som forstarkarkretsar.
Andamalet med foreliggande uppfinning är darfor att 5stadkomma en IGBT-anordning som overvinner nackdelarna med tidigare kanda anordningar. Detta uppnas med anordningen definierad i krav 1.
En lateral IGBT-transistor astadkommes saledes innefattande en bipolar transistor och en IGFET med en lagresistiv anslutning mellan drainen hos IGFETen och basen hos den bipolara transistorn och ett isolerande skikt anordnat mellan IGFETen och den bipolara transistorn, darigenom astadkommande latch-immunitet.
Enligt en utforingsform av uppfinningen är den laterala IGBT-transistorn en lateral IGBT- transistor med n-kanal innefattande en bipolar pnp-transistor och en IGFET med n-kanal.
Den laterala IGBT-transistorn med n-kanal innefattar ett halvledarsubstrat och ett isolerande skikt begravt i halvledarsubstratet och atminstone tackande den bipolara pnptransistorn. Den bipolara pnp-transistorn innefattar: - ett kollektorskikt av p-typ anordnat ovanpa en del av det isolerande skiktet och strack- ande sig till den ovre ytan pa halvledarsubstratet, bildande kollektorn hos den bipolara pnp-transistorn; 3 537 2 ett basskikt av av n-typ anordnat inuti kollektorskiktet av p-typ och strackande sig till den ovre ytan pa halvledarsubstratet, bildande basen hos den bipolara pnp-transistorn; och ett emitterskikt av p-typ anordnat inuti basskiktet av n-typ och strackande sig till den ovre ytan pa halvledarsubstratet, bildande emittern has den bipolara pnp-transistorn.
IGFETen med n-kanal innefattar: en p-brunn strackande sig Iran den ovre ytan pa halvledarsubstratet in i halvledarsubstratet; ett kanalskikt i narheten av den ovre ytan pa halvledarsubstratet och anordnat under en gatestruktur; ett source-skikt av n-typ bildande sourcen for IGFETen med n-kanal; och ett drain-skikt bildande drainen has IGFETen med n-kanal.
Enligt utforingsformen är den laterala IGBT-transistorn med n-kanal forsedd med: - ett n-brunn-skikt intill p-brunnen has IGFETen med n-kanal och till kollektorskiktet has den bipolara pnp-transistorn. Basskiktet av n-typ är omslutet av kollektorskiktet. n-brunnskiktet omger kollektorskiktet och star i kontakt med ett isolerande skikt, astadkommande anordningsisolering has den bipolara pnp-transistorn, ett lagresistivt sammanbindningsskikt strackande sig fran drain-skiktet till basskiktet bildande lagresistiv sammanbindning och samtidigt astadkommande en ohmisk kontakt med basskiktet. Det lagresistiva sammanbindningsskiktet är anordnat atminstone delvis Over p-brunnen och atminstone delvis over kollektorskiktet och atminstone delvis over nbrunn-skiktet.
Enligt en annan utforingsform av uppfinningen är den laterala IGBT-transistorn en lateral IGBT-transistor med p-kanal innefattande en bipolar npn-transistor och en IGFET med pkanal.
Den laterala IGBT-transistorn med p-kanal innefattar ett halvledarsubstrat och ett begravt n-skikt anordnat i halvledarsubstratet och atminstone tackande den bipolara npn- transistorn och atminstone en del av ett drain-skikt has IGFETen. 4 537 2 Den bipolara npn-transistorn innefattar: ett kollektorskikt av n-typ anordnat ovanp5 en del av det begravda n-skiktet och en del strackande sig till den ovre ytan p5 halvledarsubstratet, bildande kollektorn hos den bipolara npn-transistorn; - ett basskikt av p-typ anordnat inuti kollektorskiktet av n-typ och strackande sig till den byre ytan p5 halvledarsubstratet, bildande basen hos den bipolara npn-transistorn; och ett emitterskikt av n-typ anordnat inuti basskiktet och strackande sig till det ovre halvledarsubstratet, bildande emittern hos den bipolara npn-transistorn.
IGFETen med p-kanal innefattar: en n-brunn strackande sig Iran den ovre ytan p5 halvledarsubstratet in i halvledarsubstratet; ett kanalskikt i narheten av den ovre ytan p5 halvledarsubstratet och anordnat under en gate-struktur: - ett source-skikt av p-typ bildar sourcen hos IGFETen med p-kanal; och ett drain-skikt av p-typ bildar drainen hos IGFETen med p-kanal.
Enligt utforingsformen är den laterala IGBT-transistorn med p-kanal forsedd med: ett p-brunn-skikt intill p-brunnen hos IGFETen med p-kanal och intill kollektorskiktet has den bipolara npn-transistorn. Basskiktet av p-typ är omslutet av kollektorskiktet och p- brunn-skiktet omger kollektorskiktet och stAr i kontakt med det begravda n-skiktet 5stadkommande anordningsisolering mellan IGFETen och den bipolara npn-transistorn; ett lAgresistivt sammanbindningsskikt strackande sig frAn drain-skiktet till basskiktet och bildande 15gresistiv sammanbindning och samtidigt Astadkommande en ohmisk kontakt till basskiktet.
Det lagresistiva sammanbindningsskiktet är anordnat atminstone delvis over n-brunnen, Atminstone delvis over kollektorskiktet och 5tminstone delvis over p-brunn-skiktet. 537 2 Enligt en ytterligare utforingsform innefattar halvledarsubstratet hos den laterala IGBTtransistorn ett begravt oxidskikt och det isolerande skiktet Jr bildat av oxidskiktet som stracker sig Over hela substratet.
Enligt en ytterligare utforingsform Jr sammanbindningsskiktet hos den laterala IGBT- transistorn forsett med oppningar for att medge kontakt med kollektorskiktet.
Enligt annu en utforingsform Jr sammanbindningsskiktet 136c shuntat av ett silicidskikt med I5g resistivitet.
Enligt annu en mojlig utforingsform Jr sammanbindningsskiktet ersatt av en metallbrygga strackande sig fr5n drain-skiktet has IGFETen till basskiktet hos den bipolara transistorn.
Om sammanbindningsskiktet är ersatt av ett metallbryggskikt 130 i Fig. 2 kan det vara anslutet till den hogsta potentialen som Jr potentialen vid emitterskiktet 145 istallet for att folja den varierande baspotentialen med en mangd kapacitansvariationer. Det ytterligare skiktet 125a kan vara tillbakadraget fr5n skiktet 120.
For p-kanalanordningen i Fig. 3 kan skiktet 220 vara tillbakadraget fran skiktet 230a sa att skiktet 225 kommer att vara i kontakt med substratet 115 och normalt vara vid jordpo- tential.
Enligt annu en utforingsform Jr den laterala IGBT-transistorn forsedd med oxidisoleringsskikt som omger emittern och kollektorkontaktskikten.
Latch-up-immunitet Jr en avgorande prestandafordel och hanfor sig till den dodade forstarkningen av den laterala pnp-transistorn i t.ex. Fig. 2 dar skiktet 145 Jr emitterskiktet, 136c Jr basskiktet och 125 Jr kollektorskiktet. Den I5ga resistansen has basskiktet kommer effektivt att doda forstarkningen has transistorn och den aktuella kollektor- strommen kommer att vara nail. 6 537 2 Detta kommer ocksa att forhindra skiktet 135 Iran att vara pressat framat mot skiktet 125a som är det forsta steget mot atch-up. Detta kommer ocksA att drastiskt reducera substratstrommen som är en annan vasentlig prestandafordel.
Latch-up-immuniteten kommer att tillAta forstarkningen i den bipolara transistorn 102 att vara optimerad for mycket hog forstarkning, typiskt 100-500.
Den bipolara transistorn 102 kan vidare valfritt driva basen has en npn-transistor liknande 202 i en Darlington-anslutning dar forstarkningarna multipliceras for att vara val Over 10000.
Med denna interna forstarkning kan anordningen anvandas for strornhantering och signalforstarkning och mAnga andra typer av elektroniska kretsar sAsom na rfaltskommunikation, optoelektronik och laddningsavkanning i sensorapplikationer.
Vidare kan n-kanalanordningen i Fig. 2 latt kombineras p6 samma chip med pkanalanordningen i Fig. 3.
For att ytterligare forbattra spanningsformagan for t.ex. stromhantering kan IGFETen vara av typen med utstrackt drain.
I den foredragna utforingsformen kan a nordningen vara forverkligad i en standard CMOSprocess med I5gspanning sasom bildat av gjutgods. Den kan darfOr ocks6 Mt kombineras med standard CMOS-logik och analoga funktioner.
Beskrivning av ritningsfigurerna Medan de nya sardragen has uppfinningen är speciellt angivna i de atfoljande kraven, kommer uppfinningen, bAde vad avser organisation och innehAll, att forstAs lattare genom den foljande detaljbeskrivningen och ritningsfigurerna, dar: 7 537 2 Fig. 1A Jr en sektionssidovy visande en representativ lateral bipolar transistor med isolerad gate (LIGBT) enligt kJnd teknik, och Fig. 1B Jr en ekvivalent krets for den tidigare kanda anordningen i Fig. 1A.
Fig. 2 illustrerar schematiskt strukturen hos en forsta utforingsform av IGBTn enligt fore- liggande uppfinning.
Fig. 3 illustrerar schematiskt strukturen hos en andra utforingsform av IGBTn enligt foreliggande uppfinning.
Fig. 4 illustrerar schematiskt strukturen hos en tredje utforingsform av IGBTn enligt foreliggande uppfinning.
Fig. 5 illustrerar schematiskt strukturen hos en fjarde utforingsform av IGBTn enligt fore- liggande uppfinning.
Detaljerad beskrivning Foreliggande uppfinning kommer nu att forklaras narmare med hjalp av de atfoljande ritningsfigurerna som visar utforingsformer av denna.
I Fig. 2 visas en foredragen utftkingsform av en lateral IGBT-transistor med n-kanal 100 som Ian kan kombineras med CMOS-teknologi av kant slag. Denna IGBT bestAr av en IGFET-transistor 101 som Jr elektriskt ansluten till basen pa en bipolar pnp-transistor 102 sa'som beskrivs har endan.
Substratet 115 bestAr av en kiselbricka med eller utan ett epi-skikt ovanpa. Detta substrat 115 har lampligen (100)-orientering. Substratet 115 kan ocksA, enligt en utforingsform av uppfinningen, vara ett kisel-pa-isolator (S01) substrat. I det fall ett SOI-substrat anvands utelamnas ski ktet 120. !nom en del av substratet Jr ett begravt skikt av n-typ 120 bildat med en typisk tjocklek i storleksordningen av him och med en typisk dopningskoncentration av 1.17 till 1.19 cm-3. Ovanp5 en del av skiktet 120 Jr ett skikt av p-typ 125b utformat vilket n6r upp till ytan. Detta skikt 125b har en tjocklek omkring 0,6 pm och en dopningskoncentration av 8 537 2 omkring 1.18 cm-3. Skiktet 125b kommer att bilda kollektorn hos den bipolara pnptransistorn. !nom skiktet 125b är ett skikt av n-typ 127b bildat och som n5r upp till ytan och bildar basen has den bipolara pnp-transistorn. Basskiktet av n-typ 127b har en dopningskoncent- ration i storleksordningen av .17 till .18 cm-3 och bas-kollektorforbindningen Jr ungefar 0,3 urn under ytan. Detta basskikt av n-typ 127b Jr omslutet av kollektorskiktet 125b. !nom skiktet 127b Jr ett p+-skikt 145 som nAr ytan utformat. Forbindningsdjupet for detta p+-skikt är ungefar 0,2 p.m, och skiktet har en typisk ytdopningskoncentration av 519 cm-3. Detta skikt, som Jr omslutet av basskiktet 127b bildar emittern has den bipolara pnp-transistorn.
IGFET-transistorn av n-typ Jr belagen i p-brunnen 125a med sitt kanalskikt 126 i narheten av halvledarytan, precis under gate-strukturen 156. n+-skiktet 135 bildar sourcen till IGFETen och n+-skiktet 136a drainen for IGFETen. Forbindningsdjupen for de namnda n+- skikten Jr ungefar 0,2 pm och skikten har typiska ytkoncentrationer i storleksordningen av 5 19 till 110 cm-3. Ett p+-skikt 140 med ett typiskt forbindningsdjup av 0,2 p.m och en typisk ytdopningskoncentration av .19 cm-3 kommer att tjana som substratkontakt.
IGFETen av n-typ Jr separerad fr5n den bipolara transistorn av skiktet av n-typ 130 som Jr placerat ovanp5, och gar kontakt med, skiktet 120. Detta skikt nAr ytan och omger skiktet av p-typ 125 vertikalt, vilket bildar kollektorn hos pnp-transistorn. Tjockleken pa detta skikt Jr ungefar 0,4 p.m och dopningskoncentrationen Jr runt 1.18 cm-3. Ovanp5 skiktet 130 Jr ett lAgresistivt sammanbindningsskikt 136c anordnat och som stracker sig in i skikten 125a och 125b for att sammanbinda skikten 136a och 136b, bildande drain- respektive baskontaktskikt hos anordningarna.
Skiktet 130 kommer att isolera den bipolara pnp-transistorn Iran substratet tillsammans med skiktet 120. Det kraftigt dopade drain-skiktet 136a bildar en ohmisk kontakt mot IGFETen och det kraftigt dopade drain-skiktet 136b bildar en ohmisk kontakt mot basskik- tet 127b hos pnp-transistorn, dar skiktet 145 Jr emittern och skiktet 125b Jr kollektorn. 9 537 2 n+-skiktet 136c innehaller oppningar innan det nar skiktet 125b vilket1Jmnar utrymme for kontaktering av kollektorskiktet med ett p+-skikt 142. Ytan pa det namnda sammanbindningsskiktet Jr lampligtvis shuntad av ett silicidskikt (t.ex. TiSi2, CoSi2, NiSi) med lag resistivitet. Sasom indikerats i Fig. 2 kan p-skiktet 125a, kontakt-p+-skiktet 140, n+-sourcen 135, gate-elektroden 156 och drain-skiktet 136a vara spegelvanda i vertikalplanet 122 genom emittern. For den foredragna utforingsformen av anordningen i Fig. 2 har en forstarkning av mer an 100 verifierats med en basbredd av runt 0,4 p.m vilket betyder att det finns gott am utrymme for forbattringar. I Fig. 3 visas en foredragen utforingsform av en IGBTtransistor med lateral p-kanal 200, som Ian kan kombineras med CMOS-teknologi av kant slag. Namnda IGBT bestar av en IGFET-transistor av p-typ 201 som Jr elektriskt ansluten till basen pa en bipolar npn-transistor 202 sasom beskrivs har nedan.
Anordningen innefattar ett kiselsubstrat av p-typ 115, sasom beskrivits ovan. !nom en del av substratet Jr ett begravt skikt av n-typ 220 med en typisk tjocklek i storleksordningen av 1 1..tm och en typisk dopningskoncentration i omradet av 1.17 till 1.19 cm-3 utformat.
Ovanpa en del av skiktet 220 Jr ett skikt av n-typ 230b utformat och som nar upp till ytan. Detta skikt 230b har en tjocklek av runt 0,4 p.m och en dopningskoncentration runt 1 18 cm-3. Skiktet 230b kommer att bilda kollektorn i den bipolara npn-transistorn. !nom skiktet 230b Jr ett skikt av p-typ 227b utformat och som n5r upp till ytan och bildar basen for den bipolara npn-transistorn. Basskiktet av p-typ 227b har en dopningskoncentration i omradet av .17 till .18 cm 3 och bas-kollektorforbindningen ligger ungefar 0,4 pm under ytan. Detta skikt av p-typ 227b Jr omslutet av kollektorskiktet 230b. !nom skiktet 227b Jr ett n+-skikt 245 som nar upp till ytan utformat. Forbindningsdjupet has n+-skiktet Jr ungefar 0,2 pm och skiktet har en typisk ytdopningskoncentration av 1.10' cm-3. Detta skikt, som Jr omslutet av basskiktet 227b bildar emittern i den bipolara npn-transistorn.
IGFET-transistorn av p-typ Jr belJgen i n-brunnen 230a med sitt kanalskikt 226 i narheten av halvledarytan, ratt under gate-strukturen 256. p+-skiktet 240 bildar sourcen for IG- 537 2 FETen och p+-skiktet 241a drainen for IGFETen. Forbindningsdjupen for p+-skikten Jr ungefar 0,2 km och skikten har typiska ytkoncentrationer i omrAdet av 1.19 till 5.19 cm-3. Ett n+-skikt 235 med ett typiskt forbindningsdjup av 0,2 km och en typisk ytdopningskoncentration av 1. cm-3 kommer att tjana som stomkontakt till IGFET-transistorn av p-typ och som kontakt till n-skiktet 230a. Detta n-skikt 230a, som n5r app till ytan, har ett ungefarligt djup av 0,4 km och en ungefarlig dopningskoncentration av 1.18 cm-3. Detta skikt kommer i kontakt med skiktet 220 och lamnar utrymme for en p-brunn 225, ovanp5 skiktet 220, mellan skikten 230a och 230b.
Ovanp5 skiktet 225 finns ett kraftigt ledande skikt 241c anordnat som sammanbinder skikten 241a och 241b, bildande drain-skikten respektive baskontaktskikten has anordningarna.
Det kraftigt dopade drain-skiktet 241a bildar en ohmisk kontakt med IGFETen och det kraftigt dopade skiktet 241b bildar en ohmisk kontakt med basskiktet 227b has npn- transistorn, dar skiktet 245 Jr emittern och skiktet 230b Jr kollektorn. p+-skiktet 241c innehAller oppningar innan det nAr skiktet 230b vilket lamnar utrymme for kontaktering av kollektorskiktet med ett n+-skikt 242. Ytan p5 detta sammanbindningsskikt Jr foretradesvis shuntad av ett silicidskikt (t.ex. TiSi2, CoSi2, NiSi) med lag resistivitet. Sasom indikerats i Fig. 3 kan n-skiktet 230a, kontakt-n+-skiktet 235, p+-sourcen 240, gate-elektroden 256 och drain-skiktet 241a vara spegelvanda i vertikalplanet 222 genom emittern.
I Fig. 4 visas en alternativ foredragen utfOringsform av en lateral IGBT-transistor med nkanal som anvander STI-(Shallow Trench Isolation)-skikt 310, for oxidisolering. Dessa skikt är omkring 0,3 km djupa och forbattrar isolering mellan n+- och p+-skikt och detta steg kan latt kombineras med CMOS-teknologi av kant slag. Det Jr den bipolara sidan av anordningen som visas. I Fig. 4 anger hanvisningssiffrorna samma delar som de som redan visats i Fig. 2. 11 537 2 Substratet 115 innefattar en kiselplatta med eller utan epi-skikt ovanp5. Detta substrat 115 Jr foretradesvis av (100)-orientering. Substratet 115 kan ocks5, i en utforingsform av uppfinningen, vara ett kisel-p5-isolator-(S01)-substrat. !nom en del av substratet Jr ett begravt skikt av n-typ 120 bildat med en typisk tjocklek i storleksordningen av 1 pm och en typisk dopningskoncentration i omradet av 1.17 till 1.19 cm-3. °yam:A en del av skiktet 120 Jr ett skikt av p-typ 125b utformat och som n5r upp till ytan. Detta skikt 125b har en tjocklek av runt 0,4 pm och en dopningskoncentration runt 1.1018 cm-3. Skiktet 125b kommer att bilda kollektorn p5 den bipolara pnp- transistorn.
Delvis inom skiktet 125b Jr ett skikt av n-typ 127b bildat, vilket n5r ytan och bildar basen for den bipolara pnp-transistorn. Basskiktet av n-typ 127b har en dopningskoncentration i storleksordningen av .17 till .18 cm-3 och bas-kollektorforbindningen ligger ungefar 0,4 pm under ytan. Detta basskikt av n-typ 127b Jr inte helt omslutet av kollektorskiktet 125b. !nom skiktet 127b Jr ett p+-skikt 145 utformat vilket n5r upp till ytan. Forbindningsdjupet for p+-skiktet är ungefar 0,2pm och skiktet har en typisk ytdopningskoncentration av .19 cm-3. Detta skikt, som Jr omslutet av basskiktet 127b, bildar emittern for den bipolara pnp-transistorn.
IGFETen av n-typ, inte visad, Jr separerad fr5n den bipolara transistorn av et skikt av n-typ 130 som är placerat ovanpa, och som kommer i kontakt med, skiktet 120. Detta skikt nar upp till ytan och omger vertikalt skiktet av p-typ 125b som bildar kollektorn hos pnptransistorn. Tjockleken p5 detta skikt Jr ungefar 0,4 pm och dopningskoncentrationen Jr runt 1 18 cm-3. Detta skikt kommer att isolera den bipolara pnp-transistorn frAn substra- tet tillsammans med skiktet 120. Det n5got langre, kraftigt dopade drain-skiktet 136a kommer att bilda en ohmisk kontakt med n-skiktet 130 och p5 sa satt med basskiktet 127b hos pnp-transistorn, dar skiktet 145 Jr emittern och skiktet 125b Jr kollektorn. Ytan p5 sammanbindningsskiktet 136a Jr lampligen shuntat av ett silicidskikt (t.ex. TiSi2, CoSi2, NiSi) med lag resistivitet. 12 537 2 I Fig. 5 visas en alternativ foredragen utforingsform av en lateral IGBT-transistor med pkanal och som anvander STI-(Shallow Trench Isolation)-skikt 310 for oxidisolering. Dessa skikt är ungefar 0,3 pm djupa och forbattrar isoleringen mellan n+- och p+-skikt, se Fig. 5 skikt 310. Detta steg kan latt kombineras med CMOS-teknologi av kand teknik. I Fig. anger hanvisningssiffrorna samma delar som de som redan visats i Fig. 2.
Anordningen innefattar ett kiselsubstrat av p-typ 115 sasom beskrivits ovan. !nom en del av substratet är ett begravt skikt av n-typ 220 med en typisk tjocklek i storleksordningen av 1 p.m och en typisk dopningskoncentration i omradet av i10'7 till i10'9 cm-3 utformat.
Ovanpa en del av skiktet 220 är ett skikt av n-typ 230b utformat och som nar upp till ytan.
Detta skikt 230b har en tjocklek av runt 0,4 pm och en dopningskoncentration runt 1.18 cm-3. Skiktet 230b kommer att bilda kollektorn i den bipolara npn-transistorn. !nom skiktet 230b är ett skikt av p-typ 227b utformat och som nar upp till ytan och bildar basen for den bipolara npn-transistorn. Basskiktet av p-typ 227b har en dopningskoncent- ration i omradet av .17 och .18 cm-3 och bas-kollektorforbindningen är ungefar 0,4 pm under ytan. Detta basskikt av p-typ 227b är inte helt omslutet av kollektorskiktet 230b. !nom skiktet 227b är ett n+-skikt 245 utformat och som nar upp till ytan. Forbindningsdju- pet for detta n+-skikt är ungefar 0,2 pm och skiktet har en typisk dopningskoncentration av 1. cm-3. Detta skikt, som är omslutet av basskiktet 227b, bildar emittern has den bipolara npn-transistorn.
IGFET-transistorn av p-typ är belagen i n-brunnen 230a med sitt kanalskikt i narheten av halvledarytan, raft under gate-strukturen 256. p+-skiktet 240 bildar sourcen has IGFETen och p+-skiktet 241a drainen has IGFETen. Forbindningsdjupen for de namnda p+-skikten är ungefar 0,2 pm och skikten har typiskt ytkoncentrationer i omradet av 1.19 till .19 cm-3. Ett n+-skikt 235 med ett typiskt forbindningsdjup av 0,2 pm och en typisk ytdopningskoncentration av 1. cm-3 kommer att tjana som stomkontakt med IGFET- transistorn av p-typ och som kontakt med n-skiktet 230a. Detta n-skikt 230a, som nar upp till ytan, har ett ungefarligt djup av 0,4 p.m och en ungefarlig dopningskoncentration av 13 537 2 1.18 cm-3. Detta skikt kontakterar skiktet 220 och lamnar utrymme for en p-brunn 225, ovanpa skiktet 220, mellan skikten 230a och 230b.
Det nagot langre, kraftigt dopade drain-skiktet 241a, som stracker sig in i skiktet 2 kommer att bilda en ohmisk kontakt 241b med basskiktet 227b hos npn-transistorn, dar skiktet 245 är emittern och skiktet 230b är kollektorn. Ytan pa sammanbindningsskiktet är lampligen shuntat av ett silicid-skikt (t.ex. TiSi2, CoSi2, NiSi) med lag resistivitet.
De ovan beskrivna anordningarna och funktionerna som har beskrivits i detalj som del av uppfinningen skiljer sig valdigt mycket fran den kanda anordningen i Fig. 1A, genom att driftskiktet 20 i foreliggande utforingsexempel har ersatts av en nAgot utdragen drain-diffusion som har en mycket lag resistivitet, typiskt 20 ohm/kvadrat, jamfort med den mycket hoga resistiviteten, typiskt 10kohm, i det tidigare kanda driftskiktet. Konduktivitetmodulering, som Jr en vasentlig funktion i de tidigare kanda anordningarna, kommer darfor inte att upptrada. Vidare, i motsats till de tidigare kanda anordningarna, är tran- sistorstrukturerna som är implementerade i uppfinningen samtliga av standardtyp och kraver inte flagon speciell bearbetning eller utformningssteg eller modifieringar. Anvandningen av en vertikal bipolar transistor i kombination med en lateral IGFET och elimineringen av eventuella pnp- och/eller npn-transistor(er), varvid de senare är en vasentlig del av tidigare kanda anordningar, minskar risken for latch-up-problem och sarskiljer forelig- gande uppfinning fran kand teknik.
Ref erenser 1N.Sakurai, M.Mori, T.Tanaka, "US Pat 5126806" 2B. Bakeroot, J. Doutreloigne, P. Vanmeerbeek, P. Moens, "A New Lateral-IGBT Structure with a Wider Safe Operating Area", IEEE Electron Device Letters 28, 416-418 (2007). 3E.K.C. Tee, A.Holke, S.J. Pilkington, D.K. Pal, N.L. Yew, W.A.W.Z. Abidin, "A Review of techniques used in Lateral Insulated Gate Bipolar Transistors (LIGBT)". 14

Claims (14)

537 2 Patentkrav 1. Lateral IGBT-transistor innefattande en bipolar transistor och en IGFET, dar IGFETen kan vara av konventionellt slag eller av typen med utdragen drain, Ica n neteckna d av - en I5gresistiv anslutning mellan drainen hos IGFETen och basen hos den bipolara tran- sistorn, och; 1. ett isolerande skikt anordnat mellan IGFETen och den bipolara transistorn, darigenom 5stadkommande latch-immunitet. 2. Lateral IGBT-transistor enligt krav 1, varvid den laterala IGBT-transistorn Jr en lateral IGBT-transistor med n-kanal (100) innefattande en bipolar pnp-transistor (102) och en IGFET med n-kanal (101), varvid den laterala IGBT-transistorn med n-kanal (100) innefattar: 1. ett halvledarsubstrat (115); och - ett isolerande skikt (120) begravt i halvledarsubstratet och Atminstone tackande den bipolara pnp-transistorn och 5tminstone en del av ett drain-skikt (136a) hos IGFETen; och varvid den bipolara pnp-transistorn (102) innefattar: 2. ett kollektorskikt av p-typ (125b) anordnat ovanp5 en del av det isolerande skiktet (120) och strackande sig till den ovre ytan p5 halvledarsubstratet (115), bildande kollektorn hos den bipolara pnp-transistorn; 3. ett basskikt av n-typ (127b) anordnat inuti kollektorskiktet av p-typ (125b) och strackande sig till den ovre ytan p5 halvledarsubstratet (115), bildande basen hos den bipolara pnp-transistorn; och 4. ett emitterskikt av p-typ (145) anordnat inuti basskiktet av n-typ (127b) och strackande sig till den ovre ytan p5 halvledarsubstratet (115), bildande emittern hos den bipolara pnp- tra nsistorn; och varvid IGFETen med n-kanal innefattar: 5. en p-brunn (125a) strackande sig frAn den ovre ytan p5 halvledarsubstratet (115) in i halvledarsubstratet (115); 537 2 6. ett kanalskikt (126) i narheten av den ovre ytan p5 halvledarsubstratet (115) och anordnat under en gate-struktur (156); 7. ett source-skikt av n-typ (135) bildande sourcen for IGFETen med n-kanal (101); och 8. ett drain-skikt av n-typ (136a) bildande drainen hos IGFETen med n-kanal (101); dar den laterala IGBT-transistorn med n-kanal (100) kJ n neteck n a s av: 9. ett n-brunn-skikt (130) intill p-brunnen (125a) has IGFETen med n-kanal (101) och till kollektorskiktet (125b) hos den bipolara pnp-transistorn (102), och varvid basskiktet av ntyp (127b) Jr omslutet av kollektorskiktet (125b), och varvid n-brunn-skiktet (130) omger kollektorskiktet (125b) och st5r i kontakt med det isolerande skiktet (120), 5stadkom- mande anordningsisolering hos den bipolara pnp-transistorn (102); och 10. ett lagresistivt sammanbindningsskikt (136c) strackande sig Iran drain-skiktet (136a) till basskiktet (136b) bildande 15gresistiv sammanbindning och samtidigt 5stadkommande en ohmisk kontakt med basskiktet (136b), varvid det 15gresistiva sammanbindningsskiktet (136c) Jr anordnat atminstone delvis over p-brunnen (125a) och atminstone delvis over kollektorskiktet (125b) och Atminstone delvis over n-brunn-skiktet (130). 3. Lateral IGBT-transistor med n-kanal (100) enligt krav 2, Ica n net e c k n a d av att halvledarsubstratet (115) innefattar ett begravt oxidskikt och det isolerande skiktet (120) Jr bildat av oxidskiktet som stracker sig over hela substratet. 4. Lateral IGBT-transistor med n-kanal (100) enligt krav 2, kJ n net e c k n a d av att sammanbindningsskiktet (136c) Jr forsett med oppningar for att medge kontakt med kollektorskiktet (125b). 5. Lateral IGBT-transistor med n-kanal (100) enligt krav 2, Ica n net e c k n a d av att Atminstone sammanbindningsskiktet (136c) Jr shuntat av ett silicidskikt med lag resistivitet. 6. Lateral IGBT-transistor med n-kanal (100) enligt krav 2, kJ n net e c k n a d av att sammanbindningsskiktet (136c) Jr shuntat av ett metallbleck som stracker sig fran drain- skiktet (136a) till basskiktet (136b). 16 537 2 7. Lateral IGBT-transistor med n-kanal (100) enligt krav 2, Ica nnetecknad av att det vidare är forsett med ett kollektorkontaktskikt av p-typ (150) i kontakt med skiktet av ptyp (125b) och oxidisoleringsskikt (310) som omger emittern (145) och kollektorkontaktskiktet (150), och av att sammanbindningsskiktet (136c) och basskiktet (136b) Jr ersatta av n-brunn-skikt (130). 8. Lateral IGBT-transistor med n-kanal (100) enligt krav 2, 1(5 nnetecknad av att IGBTstrukturen är speglad i forhAllande till ett imaginart vertikalplan (122) genom emittern. 9. Lateral IGBT-transistor enligt krav 1, varvid den laterala IGBT-transistorn är en lateral IGBT-transistor med p-kanal (200) innefattande en bipolar npn-transistor (202) och en IGFET med p-kanal (201), varvid den laterala IGBT-transistorn med p-kanal (200) innefattar:
1. ett kalvledarsubstrat (115); ett begravt n-skikt (220) anordnat i halvledarsubstratet (115) och 5tminstone tackande den bipolara npn-transistorn (202) och Atminstone en del av ett drain-skikt (241a) has IGFETen; och varvid den bipolara npn-transistorn (202) innefattar:
2. ett kollektorskikt (230b) av n-typ anordnat ovanpa en del av det begravda n-skiktet (220) och en del strackande sig upp till den ovre ytan p5 halvledarsubstratet (115), bildande kollektorn hos den bipolara npn-transistorn (202);
3. ett basskikt av p-typ (227b) anordnat inuti kollektorskiktet av n-typ (230b) och strackande sig upp till den ovre ytan p5 halvledarsubstratet (115), bildande basen has den bipolara npn-transistorn (202); och - ett emitterskikt av n-typ (245) anordnat inuti basskiktet (227b) och strackande sig till den ovre ytan p5 halvledarsubstratet (115), bildande emittern has den bipolara npntransistorn; och varvid IGFETen med p-kanal (201) innefattar:
4. en n-brunn (230a) strackande sig frAn den ovre ytan p5 halvledarsubstratet (115) och in i halvledarsubstratet; 17 537 2
5. ett kanalskikt (226) i narheten av den ovre ytan p5 halvledarsubstratet (115) och anordnat under en gate-struktur (256);
6. ett source-skikt av p-typ (240) bildar sourcen hos IGFETen med p-kanal (201); och
7. ett drain-skikt av p-typ (241a) bildande drainen hos IGFETen med p-kanal (201); varvid den laterala IGBT-transistorn med p-kanal Ica n n et e c k na s av:
8. ett p-brunn-skikt (225) intill p-brunnen (230a) hos IGFETen med p-kanal (201) och intill kollektorskiktet (230b) hos den bipolara npn-transistorn (202), och varvid basskiktet av ptyp (227b) är omslutet av kollektorskiktet (230b) och p-brunn-skiktet (225) omger kollektorskiktet (230b) och stAr i kontakt med det begravda n-skiktet (220) 5stadkommande anordningsisolation mellan IGFETen (201) och den bipolara npn-transistorn (202); och
9. ett sammanbindningsskikt (241c) med 15g resistivitet strackande sig fr5n drain-skiktet (241a) till basskiktet (241b) 5stadkommande sammanbindning med 15g resistivitet och samtidigt 5stadkommande en ohmisk kontakt med basskiktet (227b), varvid det 15gresistiva sammanbindningsskiktet (241c) är anordnat Atminstone delvis over n-brunnen (230a), atminstone delvis over kollektorskiktet (230b) och atminstone delvis over p-brunn-skiktet (225).
10. Lateral IGBT-transistor med p-kanal (200) enligt krav 9, k5 n ne teck n a d av att halvledarsubstratet (115) innefattar ett begravt oxidskikt bildande ett isolerande skikt (220) som stracker sig over hela substratet.
11. Lateral IGBT-transistor med p-kanal (200) enligt krav 9, Ica nnetecknad av att sammanbindningsskiktet (241c) är forsett med oppningar som medger kontakt med kollektorskiktet (230b).
12. Lateral IGBT-transistor med p-kanal (200) enligt krav 9, Ica nnetecknad av att Atminstone sammanbindningsskiktet (241c) är shuntat av ett silicidskikt med I5g resistivitet. 18 537 2
13. Lateral IGBT-transistor med p-kanal (200) enligt krav 9, Ica nnetecknad av att sammanbindningsskiktet (241c) är shuntat av ett metallbleck som stracker sig frAn drainskiktet (241a) till basskiktet (241b).
14. Lateral IGBT-transistor med p-kanal (200) enligt krav 9, kannetecknad av att det vidare Jr forsett med ett kollektorkontaktskikt av n-typ (250) i kontakt med skiktet av ntyp (230b) och oxidisoleringsskikt (310) som omger emittern (145) och kollektorkontaktskiktet (250), och av att sammanbindnings skiktet (241c) och basskiktet (241b) är ersatta av p-brunn-skikt (225). 19 537 2
SE1350595A 2013-05-16 2013-05-16 Bipolär transistorförstärkarkrets med isolerad gate SE537230C2 (sv)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE1350595A SE537230C2 (sv) 2013-05-16 2013-05-16 Bipolär transistorförstärkarkrets med isolerad gate
JP2016513901A JP6389247B2 (ja) 2013-05-16 2014-05-12 絶縁ゲートバイポーラトランジスタ増幅回路
CN201480027380.6A CN105264666B (zh) 2013-05-16 2014-05-12 绝缘栅双极型晶体管放大器电路
US14/889,876 US9608097B2 (en) 2013-05-16 2014-05-12 Insulated gate bipolar transistor amplifier circuit
PCT/SE2014/050577 WO2014185852A1 (en) 2013-05-16 2014-05-12 An insulated gate bipolar transistor amplifier circuit
EP14798633.5A EP2997601A4 (en) 2013-05-16 2014-05-12 An insulated gate bipolar transistor amplifier circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE1350595A SE537230C2 (sv) 2013-05-16 2013-05-16 Bipolär transistorförstärkarkrets med isolerad gate

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SE1350595A1 SE1350595A1 (sv) 2014-11-17
SE537230C2 true SE537230C2 (sv) 2015-03-10

Family

ID=51898694

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE1350595A SE537230C2 (sv) 2013-05-16 2013-05-16 Bipolär transistorförstärkarkrets med isolerad gate

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9608097B2 (sv)
EP (1) EP2997601A4 (sv)
JP (1) JP6389247B2 (sv)
CN (1) CN105264666B (sv)
SE (1) SE537230C2 (sv)
WO (1) WO2014185852A1 (sv)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201503911D0 (en) 2015-03-09 2015-04-22 Renishaw Plc Transmission raman spectroscopy
US20210401815A1 (en) 2017-06-13 2021-12-30 Quretech Bio Ab Ring-fused thiazolino 2-pyridones, methods for preparation thereof and their use in the treatment and/or prevention of a disease involving gram-positive bacteria

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5258472A (en) * 1975-11-10 1977-05-13 Hitachi Ltd Selective oxidation
JPS63153910A (ja) * 1986-12-17 1988-06-27 Nec Corp レベルシフト回路
FR2620856B1 (fr) * 1987-09-21 1993-08-13 Peugeot Coupe-circuit electrique a inertie et application notamment a un vehicule automobile
US4890146A (en) * 1987-12-16 1989-12-26 Siliconix Incorporated High voltage level shift semiconductor device
JPH0716009B2 (ja) * 1988-12-02 1995-02-22 株式会社日立製作所 横型絶縁ゲートバイポーラトランジスタ
JPH0529615A (ja) * 1991-03-11 1993-02-05 Fuji Electric Co Ltd 伝導度変調型ｍｉｓｆｅｔを有する半導体装置
JPH0567738A (ja) * 1991-09-09 1993-03-19 Hitachi Ltd 半導体集積回路装置
JPH05145023A (ja) * 1991-11-22 1993-06-11 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
JP3203814B2 (ja) * 1992-10-19 2001-08-27 富士電機株式会社 半導体装置
US5441903A (en) * 1993-12-03 1995-08-15 Texas Instruments Incorporated BiCMOS process for supporting merged devices
JPH08255839A (ja) * 1995-03-16 1996-10-01 Fujitsu Ltd 相補型半導体集積回路装置
US5708287A (en) * 1995-11-29 1998-01-13 Kabushiki Kaisha Toshiba Power semiconductor device having an active layer
JPH09199605A (ja) * 1996-01-12 1997-07-31 Sony Corp 半導体装置及びその製造方法
US5869850A (en) * 1996-12-13 1999-02-09 Kabushiki Kaishia Toshiba Lateral insulated gate bipolar transistor
JPH11163278A (ja) * 1997-11-25 1999-06-18 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置およびその製造方法
CN1311560C (zh) * 2003-10-16 2007-04-18 电子科技大学 横向低侧高压器件及高侧高压器件
JP2009231453A (ja) * 2008-03-21 2009-10-08 Citizen Watch Co Ltd 半導体装置
SE533026C2 (sv) * 2008-04-04 2010-06-08 Klas-Haakan Eklund Fälteffekttransistor med isolerad gate seriekopplad med en JFET
CN101494239B (zh) * 2009-02-27 2010-12-01 电子科技大学 一种高速igbt
JP5214704B2 (ja) * 2010-10-26 2013-06-19 株式会社東芝 半導体装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP2997601A1 (en) 2016-03-23
US20160093723A1 (en) 2016-03-31
JP2016522994A (ja) 2016-08-04
US9608097B2 (en) 2017-03-28
CN105264666B (zh) 2018-01-05
SE1350595A1 (sv) 2014-11-17
JP6389247B2 (ja) 2018-09-12
EP2997601A4 (en) 2017-01-25
WO2014185852A1 (en) 2014-11-20
CN105264666A (zh) 2016-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2012104834A (ja) 高電圧バイポーラベースｅｓｄ保護構造
US9620496B2 (en) Stacked protection devices with overshoot protection and related fabrication methods
US9019667B2 (en) Protection device and related fabrication methods
US8441070B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
JP2009065026A (ja) 電気回路のスイッチング装置
US8686531B2 (en) Structure and method for forming a guard ring to protect a control device in a power semiconductor IC
US9502890B2 (en) Protection device and related fabrication methods
US9287255B2 (en) ESD protection device and related fabrication methods
US8455953B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
EP2827373B1 (en) Protection device and related fabrication methods
US9129806B2 (en) Protection device and related fabrication methods
TW200901438A (en) Integrated circuit with a subsurface diode
SE537230C2 (sv) Bipolär transistorförstärkarkrets med isolerad gate
US11508723B2 (en) Power semiconductor device with a temperature sensor
US9478531B2 (en) Semiconductor device comprising an ESD protection device, an ESD protection circuitry, an integrated circuit and a method of manufacturing a semiconductor device
JP5463698B2 (ja) 半導体素子、半導体装置および半導体素子の製造方法
JP6549905B2 (ja) 半導体集積回路
US20230420448A1 (en) Operating voltage-triggered semiconductor controlled rectifier
US20130009271A1 (en) Schottky-Clamped Bipolar Transistor with Reduced Self Heating
CN102468302A (zh) 半导体装置及其制造方法
KR20110077274A (ko) 수직형 바이폴라 트랜지스터 및 그 제조 방법