182506. lajstromszámú szabadalom • Emitter elrendezés MOSFET számára
182506 6 A találmány tárgya emitter elrendezés MOSFET számára, pontosabban a találmány olyan új szerkezetre vonatkozik MOSFET eszköz számára, amely lehetővé teszi a nagy telj esítményű alkalmazást viszonylag nagy zárófeszültség és különösen alacsony áteresztőirányú ellenállás mellett. A bipoláris tranzisztor fő előnye a MOSFET-tel szemben, hogy a bipoláris tranzisztor áteresztőirányú ellenállása a vezető réteg területegységére számítva igen alacsony. A MOSFET tranzisztornak számos előnye van a bipoláris tranzisztorral szemben, így a nagyon nagy kapcsolási sebesség, az igen nagy erősítése és a kisebbségi töltéshordozókon alapuló eszközök által mutatott másodlagos karakterisztika letörés hiánya. Azonban, mivel a MOSFET tranzisztornak nagy az áteresztőirányú ellenállása,' használata korlátozott nagyteljesítményű kapcsolóként. A találmánnyal olyan új nagyteljesítményű MOSFET eszközt hozunk létre, amelynek kicsi az áteresztőirányú ellenállása, úgy hogy az eszköz a kapcsolótípusú alkalmazásoknál versenyképessé válik a bipoláris eszközökkel, és egyidejűleg megtartja valamennyi előnyét is azokkal szemben. Részletesebben, a találmány szerint az eszköz területegységenkénti áteresztőirányú ellenállása legalább felére csökken, összehasonlítva a korábbi MOSFET típusú eszközök legkisebb felületegységenkénti ellenállásával. A találmány egyik kiviteli alakjánál két emitter (source) van elhelyezve egy félvezető lemez ugyanazon felületén, egymástól oldalirányban. A vezérlő elektróda (gate) egy hagyományos oxidrétegen a két emitter között helyezkedik el. Két p-típusú vezetőcsatorna van a vezérlő elektróda alatt kialakítva, és a csatornákat egymástól egy n-típusú réteg választja el. Az egyes emitterekből kiinduló áram átfolyhat a hozzá tartozó csatornán (a csatornát meghatározó inverziós réteg keletkezése után), úgyhogy többségi töltéshordozók haladhatnak át az elválasztórétegen, és a félvezető lemezen vagy chip-en a kollektor (drain) felé. A kollektor a félvezető ellentétes felületén vagy az emitter elektródától oldalirányban levő felületen lehet kialakítani. Ez az elrendezés a D-MOS eszköz kívánatos gyártástechnológiájával készíthető, ami lehetővé teszi a különböző elektródák és csatornák pontos kialakítását, valamint különlegesen rövid csatornahosszak alkalmazását. Ezt a megoldást korábban MOSFET jel-típusú készülékhez írták le, de a javasolt szerkezet nem egyezik meg az általánosan használt jel-MOSFET szerkezetével. Az eszköz alapvetően egy n(—) szubsztráton van kialakítva, amelynek viszonylag nagy a fajlagos ellenállása, ami ahhoz szükséges, hogy biztosítsuk az eszköz nagy zárófeszültségét. Például egy 400 Voltos eszköz számára az n(-) tartomány fajlagos ellenállása kb. 20 Ohmos. Azonban ugyanez a nagy fajlagos ellenállás okozza a MOSFET eszköz nagy áteresztőirányú ellenállását, amikor azt teljesítménykapcsolóként használják. A találmány szerint úgy találtuk, hogy a központi kristálytartomány felső részében, amelybe a két inverziós réteg áramot táplál be a kollektorhoz vezető úton, a központi tartomány közvetlenül a vezérlő elektróda oxidrétege alatt viszonylag kis fajlagos ellenállású anyagból készíthető például n(+) 5 diffúzióval a csatomatartományba, anélkül, hogy ez rontaná az eszköz zárófeszültségét. Pontosabban a találmány szerint a csatorna a vezérlő elektróda oxidrétege alatt egy felső résszel, továbbá a kollektor felé terjedő alsó résszel rendelkezik. Az alsó rész nagy fajlagos ellenállású, ami a nagy zárófeszültséghez szükséges, és mélysége az eszköz kívánt zárófeszültségétől függ. így például egy 400 Voltos eszköznél az alsó n(-) tartomány mélysége kb. 35 jum, míg egy 90 Voltos eszköznél ez a mélység kb. 8 pm; más mélységeket is lehet alkalmazni az eszköz kívánt zárófeszültségétől függően a szükséges vastagabb kiürítéses réteg biztosításához, ami megakadályozza az átütéseket zárófeszültség fennállása esetén. A közös csatorna felső részét jól vezető n(+) anyagból készítjük kb. 3-6 pm mélységben. Úgy találtuk, hogy ez nem csökkenti az eszköz zárófeszültséggel szemben tanúsított ellenállóképességét. Azonban ez a megoldás az eszköz területegységenkénti áteresztőirányú ellenállását egy kettesnél nagyobb tényezővel csökkenti. Az így nyert eszköz versenyképessé válik a szokásos nagyteljesítményű bipoláris kapcsolóeszközökkel, mivel megtartja a MOSFET eszközök valamennyi előnyét a bipoláris eszközökkel szemben, és most már az áteresztőirányú ellenállása is viszonylag kicsivé válik, ami eddig a bipoláris eszközök fő előnye volt. A találmánnyal tehát olyan új nagyteljesítményű MOSFET eszközt hozunk létre, amelynek alacsony az áteresztőirányú ellenállása, az eszköz kialakításában igen nagy tömörség érhető el, továbbá az eszköz viszonylag egyszerű maszkokkal gyártható. Ezenkívül az eszköz kapacitása viszonylag kicsi. Az egyes külön-külön elhelyezett emitterek a találmány egy előnyös kiviteli alakjánál sokszög alakúak, mégpedig előnyösen hatszögűek, ami biztosítja az állandó elhelyezési távolságot a félvezetőtömb felületén elhelyezett emitterek fő hosszirányában. Igen nagyszámú kisméretű hatszögletű emitter alakítható ki a félvezetőtömb ugyanazon felületén egy adott eszköz számára. Például hatezerhatszáz hatszögletű emitterzóna hozható létre egy kb. 2,5 x 3,6 mm nagyságú chipfelületen és ezzel kb. 0,6 m effektiv csatornaszélesség valósítható meg, ami biztosítja az eszköz igen nagy áramkapacitását. A szomszédos emitterek közötti térben poliszilídum vezérlő elektróda vagy bármely más vezérlő elektróda szerkezet alakítható ki, amely az eszköz felületén hosszúkás vezérlő elektróda nyúlványokkal érintkezik, ami biztosítja a jó érintkezést az eszköz egész felületén. Valamennyi sokszögű emitter tartomány egy vezetőréteggel érintkezik, amely az egyes sokszögletű emitterekkel az emittertartományt fedő szigetelőrétegben kialakított nyílásokon át van összekötve, amely nyílások a szokásos D—MOS fotolitografikus technikával készíthetők. Ezután egy emitter érintkezőfelületet alakítunk ki az emitterkivezetés számára, és egy vezérlő elektróda érintkezőfelületet a hosszúkás vezérlő elektróda nyúlványok számára, továbbá egy kollektor érintkezőfelületet a félvezetőeszköz másik felületén. 5 10 IS 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
