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CN1155098C - 双向可控的可控硅 - Google Patents

双向可控的可控硅 Download PDF

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CN1155098C
CN1155098C CNB981041965A CN98104196A CN1155098C CN 1155098 C CN1155098 C CN 1155098C CN B981041965 A CNB981041965 A CN B981041965A CN 98104196 A CN98104196 A CN 98104196A CN 1155098 C CN1155098 C CN 1155098C
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K
K·托马斯
P·斯特雷特
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ABB Schweiz AG
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Asea Brown Boveri AB
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Abstract

此处的双向可控的可控硅的优点是改善了在两个可控硅结构间的去耦合，特别是不可能由于载流子的不需要的迁移而不受控制地触发串联结构。这通过下面的方法实现：增加阴极区域向着隔离区域减小的度。特别是可以通过下面方法实现：短路区域的每面积单位的密度向着隔离区域趋向一个最大值。使用一个线形的、沿着隔离区域延伸的贯穿的短路区域特别有效。

Description

双向可控的可控硅
技术领域
本发明涉及功率半导体元件领域并且涉及双向可控的可控硅。
背景技术
例如在德国专利报告DE 4439012A1中说明的同一种类型的可控硅。它关于一种双向可控的可控硅，其中在半导体衬底上集成了两个反向并联的可控硅结构。在元件平面上主要通过降低载流子寿命的隔离区域隔离可控硅结构。由于以下两个原因，所以在可控硅结构间的隔离区域是必须的：首先当触发一个可控硅结构时，不应产生到另一个可控硅结构的寄生电流路径，当转换时，不应出现两个可控硅间的相互作用。根据技术现状的解决方案虽然在许多情况下可能已经是足够的，但是由于载流子从一个已经触发的可控硅向另一个没有触发的可控硅结构不需要的迁移，可能由于局部不受控制的触发破坏截止可控硅结构。
发明内容
因此，本发明的任务是给出一个新型的双向可控的可控硅。这种可控硅的特色是改善在两个可控硅结构间的去耦合。特别截止的结构不能不受控制地被载流子从一个已经触发的可控硅向另一个没有触发的可控硅结构不需要的迁移所触发。
这个任务通过如下的技术方案解决：
在半导体上框架形成的双向可控的可控硅，
a>在该半导体框架的一侧上的第一个主平面和该半导体框架的相对一侧上的第二个主平面之间，第一个可控硅具有第一个阳极区域、第一个n型基极、第一个p型基极、第一个阴极区域和第一个中心的栅极区域，与它反向并联的第二个可控硅结构具有第二个阳极区域、第二个n型基极、第二个p型基极、第二个阴极区域和第二个中心栅极区域，其中，第一个阳极区域、第二个阴极区域和第二个栅极区域属于第一个主平面，而第二个阳极区域、第一个阴极区域和第一个栅极区域属于第二个主平面；
b>在两个主平面上，每一个隔离区域位于两个可控硅结构之间，这些隔离区域被设置在第一个主平面的第一个阳极区域和第二个阴极区域之间并且位于第二个主平面的第二个阳极区域和第一个阴极区域之间，以及
c>短路区域，通过第一和第二个阴极区域短路第一个和第二个p型基极，第一个和第二个阴极区域分别具有覆盖阴极区域的金属化层短路区域的每单位面积的密度向隔离区域的方向增长，并且直接相邻的隔离区有一个最大值。
本发明的核心是增加阴极区域向隔离区域减小的度。这可以通过以下办法实现：短路区域每面积单位的密度向隔离区域超向一个最大值。此外使用一个线形的沿绝缘区伸展的贯穿的短路区域是有效的。
在优选的实施例中，通过一个基本上为马蹄形的区域进一步改进了两个可控硅结构的去耦合。这个马蹄形区域安排在中心的栅极区域和相邻的阳极区域之间的范围内。马蹄形区域同样负责着插入栅极-阳极范围内载流子不能遵循在栅极区域和同一主平面的另一个可控硅的阳极区域之间的寄生电流路径。马蹄形区域有利地通过蚀刻或通过搀杂材料在这个区域内的掩膜注入产生。
通过以下方法实现根据本发明的可控硅结构间的去耦合的进一步改善：中心栅极区域侧面伸展到各自的阴极区域并且与相应的阳极发射极对准。此外，在隔离区域和任意一个加强的栅极分支结构间距越的角度应大于零度，特别为45度。径向延伸的隔离区的宽度应大约10倍于最小载流子扩散深度。
附图描述
接下来根据实施例联系参考图详细说明本发明。
图1、根据本发明的可控硅的俯视图，
图2、根据本发明的可控硅的仰视图，
图3、根据本发明的可控硅沿图1中的A-A线的截面，
图4、根据本发明的可控硅沿图1中的B-B线的截面。
具体实施方式
在附图中使用的参考数字和他们的含义在参考符号表中合并给出。在图中，基本上相同部分使用相同的参考数字。
图1是根据本发明的可控硅的俯视图。在一个半导体框架上，在第一个上面的主平面2和第二个下面的主平面3(从图2中可以看出)间安排了两个可控硅结构。从上面可以看到第一个可控硅结构的阳极区域4、第二个可控硅结构的阴极区域12、第二个可控硅结构的中心栅极区域13、一个边缘封闭区域18和一个加强的栅极分支结构15。在可控硅结构之间，预先提供了一个隔离区域14。这个隔离区域14在一个包围中心栅极13的范围内以马蹄形构成并且有特别高的阻抗。在第二个阴极区域12的范围内含有一个短路区域16(仅在截面图中可以看到)。为了避免载流子从一个已经触发的可控硅结构向另一个没被触发的可控硅结构的不需要的迁移-这可能引起还没被触发的可控硅结构不受控制的触发-短路区域16的密度向着隔离区域14的方向增加。在隔离区域14的边界上，它达到一个最大值，它优选地通过一个互形的沿隔离区域14延伸的短路区域17构成。
图2是根据本发明的可控硅的仰视图。可以看到在第二个主平面3上有第二个可控硅结构的阳极区域9、第一个可控硅结构的阴极区域7、第二个可控硅结构的中心栅极区域8、一个边缘封闭区域18和一个加强的栅极分支结构15。在可控硅结构之间提供了一个隔离区域14。这个隔离区域在一个包围中心栅极8的范围内以马蹄形构成并且有特别高的阻抗。在第二个阴极区域7的范围内，同样含有一个短路区域16(仅在截面图中可以看到)。为了避免载流子从一个已经触发的可控硅结构向另一个没被触发的可控硅结构不需要的迁移-这可能引起还没被触发的可控硅结构不受控制的触发-短路区域16的密度向着隔离区域14的方向增加。在隔离区域14的边界上，它达到一个最大值，它优选地通过一个线形的沿隔离区域14延伸的短路区域17构成。隔离区域14在两个平面2和3上径向延伸并且宽度大约10倍于最小载流子的扩散深度。
此外图1和2说明了加强的栅极分支结构15。这个加强的栅极分支结构15与开始时的现有技术中所说明的相比，没有沿隔离区14延伸的部分，而是在隔离区14和加强的栅极分支15之间撑开一个角度，这个角度至少应大于零，并且优先为45度。因此一方面分支结构15保证了有效的触发动作，但是另一方面禁止在两个可控硅结构之间的区域内不必要的触发。
图3说明了沿线A-A的根据本发明可控硅的横截面。可以清楚地看出在两个主平面2和3上，怎样沿隔离区14安排一个短路区域17。短路区域17象所说明的一样，出于制造原因，可以容易地与相邻的阴极12或7分离。表面密度，即每单位面积的短路区域16数目在相应的阴极区域7或12的范围内向着贯穿的、线形的短路区域17增长。短路区域16和短路区域17通过第一个和第二个阴极区域7、12短路第一个和第二个P型基极6、11。两个阴极区域7、12被金属化层覆盖并且为清晰起见没有说明金属化层。向着隔离区的短路区域16的较高的密度并且特别是贯穿的、线形的短路区域17保证：在截止时，可以足够快的清除载流子，并且可以避免一个不受控的、导致干扰的触发。因此可能载流子不通过阴极区域而是通过一个短路区域流过。因此它不允许被非受控触发。
P型基极6和11一般作为连续层设计，扩散到较高掺杂的阳极发射区4、9。在两面由跨表面的P型基极构成隔离区14。
此外图1和图2中可以看出隔离区14的马蹄形区域19，它围绕着中心栅极区域8、13。马蹄形区域的开口向着第一个或第二个阴极区域。区域19加强在两个可控硅结构间的隔离作用并且避免推入栅极阴极区的载流子沿在栅极触点和同一主平面内的中车可控硅结构阳极区域间的寄生路径。较高的电阻可以通过蚀刻已经存在的掺杂材料或者有选择的在区域19的范围内掩膜注入合适的掺杂材料实现。
中心栅极区域8和13的形状为长形，并且嵌入在阴极区域7和12中。中心栅极区域8和13距离各自阴极区域最近的端完全安排在同一可控硅的阳极区域4和9上。这些精确调整同样有助于改善两个可控硅结构间的去耦合并且特别保证可以出现元件特性。
图4示出了沿图1中线B-B的截面。清楚地看出怎样在中心栅极区域13和8与相邻的阳极区域4和9间的表面上渗入P型基极并怎样构成马蹄形的隔离区19。通过在这个范围内删除一个基本上确定P型基极6或11的导电性的附加掺杂22构成这个特别高的隔离区域。否则在全部表面上构成该附加掺杂(图3)。这可以通过蚀刻已经存在的掺杂外形或通过一个选择的、在需要的范围内P型掺杂层22的掩膜注入实现。在位于隔离区19对面的中心栅极区域13和8的端上预先规定了n型掺杂的辅助阴极区域20并且预先规定一个P+掺杂的触点区21。紧接着，阴极区域12沿着短路区域16，短路区域的密度象已经说过一样向着元件的中心增长。
总之，得出一个双向导通的可控硅，较好地改善了在两个可控硅结构之间的去耦合并且因此在任何工作条件下，可以安全的工作。
参考符号表
1   可控硅
2   第一个主平面
3   第二个主平面
4   第一个阳极区域
5   第一个N型基极
6   第一个P型基极
7   第一个阴极区域
8   第一个中心栅极
9   第二个阳极区域
10  第二个n型基极
11  第二个p型基极
12  第二个阴极区域
13  第一个中心栅极
14  隔离区域
15  栅极分支
16  短路区域
17  短路区域
18  边缘封闭
19  马蹄形区域
20  辅助阴极
21  触点区域
22  P型区域

Claims (7)

1.在半导体上框架形成的双向可控的可控硅(1)，
a>在该半导体框架的一侧上的第一个主平面(2)和该半导体框架的相对一侧上的第二个主平面(3)之间，第一个可控硅具有第一个阳极区域(4)、第一个n型基极(5)、第一个p型基极(6)、第一个阴极区域(7)和第一个中心的栅极区域(8)，与它反向并联的第二个可控硅结构具有第二个阳极区域(9)、第二个n型基极(10)、第二个p型基极(11)、第二个阴极区域(12)和第二个中心栅极区域(13)，其中，第一个阳极区域(4)、第二个阴极区域(2)和第二个栅极区域(13)属于第一个主平面(2)，而第二个阳极区域(9)、第一个阴极区域(7)和第一个栅极区域(8)属于第二个主平面(3)；
b>在两个主平面(2、3)上，每一个隔离区域(14)位于两个可控硅结构之间，这些隔离区域(14)被设置在第一个主平面(2)的第一个阳极区域(4)和第二个阴极区域(2)之间并且位于第二个主平面(3)的第二个阳极区域(9)和第一个阴极区域(7)之间，以及
c>短路区域(16)，通过第一和第二个阴极区域(7、12)短路第一个和第二个p型基极(6、11)，第一个和第二个阴极区域(7、12)分别具有覆盖阴极区域的金属化层，
其特征在于，
短路区域(16)的每单位面积的密度向隔离区域(14)的方向增长，并且直接相邻的隔离区(14)有一个最大值。
2.根据权利要求1的可控硅，其特征在于，短路区域(16)包括一个线形的在阴极区域(7、12)和隔离区域(14)之间的沿阴极区域(14)延伸的贯通的短路区域(17)。
3.根据权利要求1或者2的可控硅，其特征在于，围绕着栅极区域和相邻的阳极区域间的第一个和第二个中心栅极区域(8、13)中心地含有一个为马蹄形结构的隔离区域(19)，其中马蹄形的开口向着第一个和第二个阴极区域(7、12)。
4.根据权利要求1或者2的可控硅，其特征在于，每个可控硅结构具有一个加强的从相应中心栅极区域(8，13)出发的栅极分支结构(15)，它集成在第一个或第二个主平面(2、3)的相应的阴极区域(7、12)中，如此这样使在隔离区域(14)和栅极分叉结构(15)间撑开的一个角度为45度。
5.根据权利要求1或者2的可控硅，其特征在于，隔离区(14)径向延伸并且宽度大约10倍于少数载流子扩散宽度。
6.根据权利要求中3的可控硅，其特征在于，通过蚀刻生成马蹄形区域(19)。
7.根据权利要求中3的可控硅，其特征在于，马蹄形区域(19)通过掩膜注入构成P型基极的掺杂材料生成。
CNB981041965A 1997-05-22 1998-03-20 双向可控的可控硅 Expired - Lifetime CN1155098C (zh)

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