專利名稱:半導(dǎo)體器件及裝置的制作方法
本發(fā)明是涉及一種半導(dǎo)體器件。此器件至少包含一個第一導(dǎo)電型高摻雜材料區(qū)，此區(qū)是嵌在第二導(dǎo)電型材料的井中，使電流可在所說的井和區(qū)之間流動。
這種半導(dǎo)體器件，人們已從普盧默(J.D.PIummer)等人寫的文章“絕緣柵平面半導(dǎo)體開關(guān)器件I-結(jié)構(gòu)及其基本工作過程”，尤其從文中的圖11得知。該文章發(fā)表在電氣和電子工程師學(xué)會學(xué)報電子器件分冊，27卷，2期，PP·380-387中(IEEE Transaction on EIectronic Devices，VoI.ED-27，No 2，F(xiàn)eb，1980，PP.380-387。)此已知器件包括由一個PNP和一個NPN晶體管組成的半導(dǎo)體開關(guān)器件。此兩個晶體管在構(gòu)成它們各自的發(fā)射極的兩個端點之間互相連接起來，NPN晶體管的基一射結(jié)為一個截止型PMOS晶體管和一個所謂的夾斷觸發(fā)電阻所分路。由P型材料形成的上述井，構(gòu)成了PNP晶體管的集電極、NPN晶體管的基極及PMOS晶體管的源極，而由高摻雜N型材料即N材料形成的上述區(qū)，則構(gòu)成了NPN晶體管的發(fā)射極。
在此已知器件中，PMOS晶體管一導(dǎo)通就切斷了這半導(dǎo)體開關(guān)器件，這時電流從N材料區(qū)下面的P型井流向PMOS晶體管的溝道及漏極，即從PNP晶體管的集電極、NPN晶體管的基極和PMOS晶體的源極向PMOS晶體管的溝道及漏極流動。由于P型井有一個比較高電阻與PMOS晶體管的源極串聯(lián)，因而能被此PMOS晶體管切斷的電流就減小了。
本發(fā)明的一個目的是提供上述類型的半導(dǎo)體器件，但這種器件不表現(xiàn)出這一缺點，即它允許有一個較大的要加以轉(zhuǎn)向或切斷的電流。
根據(jù)本發(fā)明，實現(xiàn)了上述目的。由于在所說的井中，所說的區(qū)至少部分地為所說的第二導(dǎo)電型高摻雜材料的一個帶所包圍，使電流得以在所說的井和帶之間流動。
本半導(dǎo)體器件的另一特點是所說的井由P型材料形成，所說的區(qū)由N+材料形成，而所說的帶由P+材料形成。
本發(fā)明的又一特點是本半導(dǎo)體器件包括由一個PNP及一個NPN晶體管組成的一個半導(dǎo)體開關(guān)器件。所說的兩個晶體管是在構(gòu)成它們各自的發(fā)射極的兩個端點之間互相連接起來的，所說的NPN晶體管的基一射結(jié)被一個截止型器件分路;而且所說的PNP晶體管的集電極和所說的NPN晶體管的基極是由所說的井構(gòu)成，所說的NPN晶體管的發(fā)射極是由所說的區(qū)構(gòu)成，而所說的帶則形成所說的截止型器件的一個輸入電極。
由于截止型器件的輸入電極是由P+材料帶形成，此帶至少部分地包圍了N+材料區(qū)，當截止型器件工作時，電流就從N+區(qū)下面的P-井向相鄰于此N+區(qū)的P+井流動。
因為P+井的電阻較低，此截止型器件能切斷較大的電流。
本器件的另一特點是所說帶完全地包圍所說區(qū)。
本器件的還有另外一個特點是它包括許多區(qū)，每一個區(qū)都完全地為所說的帶所包圍。
在這些情況下，對流出P-井的電流形成了一個電阻低得多的通路，因而此器件能切斷更大的電流。
本半導(dǎo)體器件的另一優(yōu)點是它不需要用上面提到的外加的夾斷觸發(fā)電阻。
本器件的又另一特點是所說的截止型器件為一個PMOS晶體管所構(gòu)成。
本器件的還有另一特點是I＝ (0.5(b1+1))/(RE(b1-1/b2))其中，I是所說的PMOS晶體管能切斷的最大電流;
b1及b2分別是所說PNP及NPN晶體管在所說電流時的電流放大系數(shù);
RE是所說的PNP晶體管的收集極、所說的NPN晶體管的基極和所說的PMOS晶體管的源一漏通路的復(fù)合電路。
本發(fā)明還涉及一種半導(dǎo)體裝置。此裝置包括至少一個帶有可控硅開關(guān)的半導(dǎo)體器件，并把一個導(dǎo)通型器件和一個截止型器件加入于可控硅開關(guān)中。
這種半導(dǎo)體裝置，從比利時專利NO、897772，已經(jīng)為大家所知。
根據(jù)上述的和上面沒有提及的其他特點，已經(jīng)設(shè)計出一種這種型式的半導(dǎo)體裝置。此裝置包括兩個相同的半導(dǎo)體器件，它們是集成在同一個隔離槽中的，并且一起覆蓋了一個大體是方形的基面，此基面由兩個互相滲透的區(qū)段組成，每一區(qū)段都包括有兩個器件的部件。更詳細地說，形成每一器件的可控硅開關(guān)的兩個雙極晶體管的發(fā)射極是由屬于不同區(qū)段的互相滲透的S形表面構(gòu)成，而這些區(qū)段的其余表面基本上為截止型器件占據(jù)著，這意味著兩個雙極晶體管的發(fā)射極與每一半導(dǎo)體器件的截止型器件的尺寸是互相依賴的。結(jié)果，當一個原有的裝置必須改動而又要保持一個類似形狀的覆蓋基面時，為了使每一截止型器件能切斷相對比較高的電流，僅僅相應(yīng)地將此晶體管的表面做得更大是不夠的。實際上，在此情況下，每一半導(dǎo)體器件的雙極晶體管的發(fā)射極的表面也是增大的，對上面提到過的它們的電流放大系數(shù)b1及b2來說也如此，因此能被開斷的電流I則根據(jù)上述的公式而減小。
本發(fā)明的另一目的是提供一種上述型式的半導(dǎo)體裝置，但是能夠更獨立地選擇它的組元。
根據(jù)本發(fā)明，此目的得以實現(xiàn)。由于在每一器件中，所說的可控硅開關(guān)和所說的導(dǎo)通型器件是集成在一個電氣隔離的第一槽中，而所說的截止型器件則集成在電氣隔離的第二槽中。
由于截止型器件是放在獨立的槽中，因此就能使它的尺寸具有最佳值，而與半導(dǎo)體器件的可控硅開關(guān)及導(dǎo)通型器件的尺寸無關(guān)。因為此裝置的器件的后者的組元也是放在獨立的槽中，所以每一器件的這些組元的尺寸也能按最佳的方法進行選擇，而與其他半導(dǎo)體器件的相應(yīng)的組元無關(guān)。
本半導(dǎo)體器件的另一特點是所說的可控硅開關(guān)包括一個具有拉長的發(fā)射極的第一類晶體管及一個或多個第二類晶體管。第二類晶體管的發(fā)射極是由許多分立的發(fā)射極單元組成，這些單元至少部分地包圍著所說的拉長的發(fā)射極，并位于相隔大體上恒定的距離上。
按此方法，可以定出發(fā)射極表面的最佳值，因此也可以定出每一器件的兩個晶體管的電流放大系數(shù)b1及b2的最佳值。更詳細地說，可以選擇b1值以致所需要的電流能夠給開斷，選擇b2值則為的是提供一個對該半導(dǎo)體器件而言是適合的“接通”電阻，而不限制上述的電流值。
通過參考包括附圖一起的具體實施方案的下列描述，就將會對本發(fā)明的上述的及上文未提及的其他目的和特點更為明白，而對本發(fā)明本身也將最好地了解。
圖1代表根據(jù)本發(fā)明的一種半導(dǎo)體器件的等效電路;
圖2是這樣一種器件的一種具體實施方案的剖面圖;
圖3與4一起(圖4放在上面)代表這種器件的另一具體實施方案的設(shè)計平面圖;
圖5表示圖3的局部放大圖;
圖6，7及8是分別沿圖4中Ⅵ-Ⅵ、Ⅶ-Ⅶ、Ⅷ-Ⅷ線的剖面圖，但尺寸不按比例;
圖9表示圖1器件的可能的工作特性圖;
圖10代表與圖1至9中表示的那些不同的另一種型式的半導(dǎo)體器件的等效電路;
圖11是裝有保護電路的這樣一種半導(dǎo)體器件部分設(shè)計平面圖;
圖12代表圖11的局部Ⅻ的放大;
圖13及14是沿圖12中ⅩⅢ-ⅩⅢ及ⅩⅣ-ⅩⅣ線的剖面圖，但尺寸不按比例;
圖15至21表示各種尺寸不按比例的掩模，這些掩模是用來集成圖12表示的器件的部分。
圖22是沿圖11中ⅩⅩⅡ-ⅩⅩⅡ線的剖面圖;但尺寸不按比例;
圖23是圖10所示的但沒有裝保護電路的那種型式的半導(dǎo)體器件的部分設(shè)計平面圖。
圖1所示的電路包括兩個電子半導(dǎo)體開關(guān)或開關(guān)SW1及SW2，這兩個開關(guān)是相同的，但反向并聯(lián)在電源端S1與S2之間。這些開關(guān)有一個公共柵端點G，它們已經(jīng)是上述比利時專利NO897772的內(nèi)容。
開關(guān)SW1包括PNP晶體管T1，NPN晶體管T2，附加的PNP晶體管T，DMOS晶體管DM及PMOS晶體管PM。晶體管T1和T2一起形成一個可控硅開關(guān)器件，它可以通過晶體管DM觸發(fā)到它的導(dǎo)通狀態(tài)或者利用晶體管PM把它切斷，這點在后面將加以解釋。
同樣，開關(guān)SW2包括晶體管T1′，T2′，T3′DM′及PM′。
如在上述的比利時專利中揭示的那樣，當電源端S1處于比端點S2高的電壓，而SW1及SW2的公共柵電極G加有適當?shù)恼妷簳r，開關(guān)SW1工作。當S2處于比S1高的電壓時，開關(guān)SW2工作。
例如當S1相對于S2處于足夠高的電壓，而柵電極G被觸發(fā)時，則串聯(lián)在S1與S2之間的兩只管DM′及DM就導(dǎo)通(DM′對T1有分路作用)。當DM′的電壓降達到0.7伏時，晶體管T1就導(dǎo)通。一旦晶體管T1導(dǎo)通，T2也接著導(dǎo)通，于是兩只晶體管就維持著相互的運行。如果要使這開關(guān)斷開，必須給晶體管PM加上適當?shù)呢撾妷海驗楫擯M導(dǎo)通時，它會從T2的基極拉走電流，這樣就使T2進入不導(dǎo)通的狀態(tài)，接著T1也進入不導(dǎo)通狀態(tài)。
半導(dǎo)體開關(guān)器件可以集成化。這種集成開關(guān)器件的一種具體實施方案的剖面示于圖2。圖中包括一個槽1，此槽是由嵌入多晶硅層2中且又包圍著襯底3的氧化硅絕緣層制成，襯底3是由以N--表示的摻雜極輕的N型材料制成。開關(guān)部件SP1及SP2是在槽1中在襯底3的上部表面上形成的，這些開關(guān)部件相對于槽1的中部鏡象對稱。但是，它們并不對應(yīng)于上述的開關(guān)SW1及SW2，因為每一開關(guān)部件都包含有每個開關(guān)的區(qū)段，這點以后將會弄清楚。
開關(guān)部件SP1可如下所述簡單地制成，它的所有部件是由縱向基元構(gòu)成。
首先，在槽1上部表面的氧化硅層上形成全部由多晶硅材料制成的場極電極4及5和柵電極6。含有以P-表示的輕摻雜P型材料的井8及9，例如可以通過離子注入及隨后的擴散工序來制成。區(qū)10、11、及12按類推的方法來形成。區(qū)10、11是以P+表示的高摻雜P型材料構(gòu)成，而區(qū)12是以N+表示的高摻雜N型材料構(gòu)成。區(qū)10是形成在井8中，區(qū)11及12則在井9中。鋁導(dǎo)電條13及14以這樣的方式來形成，即條13沿著表面15及16分別與場電極4及區(qū)10相接觸，而條14則沿著表面17及18分別與場電極5及區(qū)12相接觸。要注意，氧化硅層7也被引入到基元4，5，6，13及14之間，并把它們覆蓋起來。最后把鋁條13及14與電源端S2，柵極6與柵端點G電氣連接起來。
開關(guān)部件SP2與SP1相似，它包括基元19至21及22至32，這些基元分別相應(yīng)于SP1的基元4至6和8至18。氧化硅層7也用于SP2中。
上述的SP1的晶體管T1，T2，DM，PM及SP2的T1′，T2′大略地表示于圖2中。晶體管DM′及PM′沒有表示出來，因為它們與前面提到的晶體管(即DM及PM)相同;晶體管T及T′也沒有表示出來，因為它們對本發(fā)明并不重要。晶體管T1，T2，DM，PM及T1′，T2′的電極更詳細地描述如下-T1的基極、發(fā)射極及收集極是分別由襯底3的N--材料、井22及區(qū)24的P-和P+材料和井9的P-材料構(gòu)成;
-T2的基極、發(fā)射極和收集極由井9的P-材料、區(qū)12的N+材料及襯底3的N--材料構(gòu)成;
-DM管是形成在槽1的上部表面上，它的柵極、源極和漏極分別由柵極G或6、區(qū)12的N+材料及襯底的N--材料構(gòu)成。溝道是由井9的P-材料構(gòu)成;
-PM管也是形成在槽1的上部表面，它的柵極、源極和漏極分別是由柵極6、井9及區(qū)11的P-及P+材料和區(qū)10的P+材料構(gòu)成。溝道由N--材料構(gòu)成;
-T1′的基極，發(fā)射極和收集極是分別由襯底3的N--材料，區(qū)10的P+材料及井23的P-材料構(gòu)成;
-T2′的基極、發(fā)射極和收集極分別由井23的P-材料，區(qū)26的N+材料及襯底3的N--材料構(gòu)成。
在此已知的具體實施方案中，例如當晶體管PM通導(dǎo)時，電流從T2的基極及T1的收集極經(jīng)過PM的源極、溝道和漏極流到電源端S2。更詳細地說，此電流從井9的P-材料流到區(qū)10的P+材料。從圖2可見，當此電流從N+帶12底下流出時，在此P+材料中遇到最大的電阻。實際上，從此N+帶12下面流向P+區(qū)10的這一電流，一方面經(jīng)過P-材料9和位于柵極6下面的PM的溝道，另一方面是經(jīng)過槽1表面P+區(qū)11、相鄰于PM管溝道的P+區(qū)(圖中未示出)及PM的溝道流動的。由于P+材料11的存在，PMOS晶體管PM的源極電阻被大大降低，以致于此晶體管的作用大大地加強，即此晶體管可以切斷較大的電流。圖2中開關(guān)器件的這一具體實施方案的缺點是此器件具有縱向的表面，這種表面不太適于在如下情況下獲得最佳的表面裝填;當把許多這種開關(guān)電路結(jié)合在一起時;當與基本上方形的控制電路相聯(lián)時;而且還要考慮到此開關(guān)電路必須與沿著芯片長度方向安放的芯片端點相聯(lián)時。
由于這個緣故，設(shè)計了最佳第二實施方案。此方案基本上具有一方形表面，而且有小得多的PM源極電阻，因此允許切斷更大的電流。此方案還有許多其他的特點。
在下文將參考圖3至8對第二實施方案加以描述。
圖3及4，圖4放在上面，表示出兩個完全相同的開關(guān)部件SP1及SP2，設(shè)置時使它們互相滲透，并覆蓋為大體上方形的表面。開關(guān)部件SP1經(jīng)過比較大的鋁導(dǎo)電條33(圖4)連接到電源端S2，而開關(guān)部件SP2同樣地通過比較大的鋁導(dǎo)電條34(圖3)連接到電源端S1，這些開關(guān)部件也分別通過鋁導(dǎo)電條35(圖4)和36(圖3)連接到柵極G或6。
因為兩個開關(guān)部件SP1和SP2是完全相同，故在下文中只對SP1作詳細考慮。
在此應(yīng)注意，在圖3至5中，導(dǎo)電條以影線部分表示;圖6是沿許多相鄰分區(qū)A至L中的D區(qū)中部的Ⅵ-Ⅵ線的剖面圖，這些分區(qū)形成圖5中所示的SP1的左下方區(qū)段部分;圖7是沿平行于Ⅵ-Ⅵ線的Ⅶ-Ⅶ線的D區(qū)剖面圖;圖8是沿通過B區(qū)中部的Ⅷ-Ⅷ線的剖面圖。A區(qū)與B區(qū)是相同的，這兩個區(qū)中的每一個都包括三個接連的區(qū)帶，對應(yīng)于這三個區(qū)帶的剖面圖為圖7、圖8及圖7。同樣，C區(qū)至L區(qū)也是相同的，每一個區(qū)也包括三個接連的區(qū)帶，它們對應(yīng)的剖面圖分別為圖7、圖6及圖7。
開關(guān)部件SP1是通過類似于前面曾簡單描述過的，與圖2有關(guān)的一種工藝過程來實現(xiàn)的。這點在以后會弄清楚的。槽1的上部表面除了在柵極6下面的區(qū)域，以及接近SP1邊緣的區(qū)域外由P+材料10、11及N+材料12，46構(gòu)成;在靠近SP1邊緣的區(qū)域為了防止擊穿，用具有較大曲率半徑的P-材料來把P+材料與N--材料分隔開。
如在圖3及4中所示，開關(guān)部件SP1覆蓋的面積是由一個S形邊來確定其界線;此邊有兩個彎曲的端部。它的下邊由一段更彎曲的部分37把它與互成直角的兩條直線邊中的一條連接起來，另一條直線邊與S形邊的上部彎曲端之間有一空隙，使上述的導(dǎo)電條35能由此通過。
柵極6由蛇形線構(gòu)成，它包括區(qū)段38和幾個成波狀指形物的區(qū)段39。下面的區(qū)段38沿著開關(guān)部件SP1的下邊延伸，區(qū)段39則覆蓋著SP1的中部表面。在它的右上部，柵極6有一端點40，導(dǎo)電條35在41端點處連接到40，這點在以后將會弄清，蛇形柵是位于N--材料的蛇形溝道之上，此溝道把P+材料區(qū)10與11隔開。位于靠近SP1的上彎曲處的P+材料區(qū)域比較大，因為在此部位柵極6平行于SP1的上彎曲部分形成一個大的彎曲。
為了使圖8的左右兩部分短路，把導(dǎo)電條63連接到柵極6的上表面。這些部件在制造開關(guān)的工藝過程中相應(yīng)地摻入了P型或N型材料，這樣如果不采取措施，則柵6會形成二極管。
P-區(qū)8及P+區(qū)10均沿著SP1的直線邊延伸，他們的剖面圖為圖6至8所示的那樣，從圖可得出，在這兩個邊的外邊緣處，區(qū)10的P+材料與N--的襯底材料之間被井8的P-材料分開;在這兩直線邊的內(nèi)邊緣處，區(qū)10的P+材料部分地延伸至柵G之下，并且越過P-材料。更詳細地說，在SP1的低直線邊上，P+材料10伸到柵極6的蛇形區(qū)段38之中并部分地伸到它之下;而SP1的右邊直線邊上，P+材料10伸到此柵的波狀區(qū)段39的指狀物之間。
又如圖3至8所表示的，導(dǎo)電條13與場極電極4是沿SP1的直線邊安排的;導(dǎo)電條13連接到通往電源端S2的導(dǎo)電條33上，并在部位15與場極電極4相聯(lián)結(jié)，在部位16與區(qū)10的P+材料相聯(lián)結(jié)。而且導(dǎo)電條13的右邊直線部分有許多條狀的指形物如42及43，它們與底層的P+材料10在許多部位上相聯(lián)結(jié)，如圖3，4中44及45所示的部位?；?2及44也表示在圖5中。
P-井9是S形的，并形成SP1的S形邊。它包括一個P+區(qū)11、許多個也沿S形線排列的方形N+區(qū)46和兩個矩形N+區(qū)12。區(qū)12是位于靠近SP1左邊的上面曾提及的彎曲部分37。這些井和區(qū)9、11，12及46示于上述圖6至8中的左邊，從圖可得出在SP1的A-L區(qū)段中，N+區(qū)46是完全被區(qū)11的P+材料所包圍;矩形的N+區(qū)12有三個邊被區(qū)11的P+材料、有一個邊即相鄰于柵極6的邊被井9的P-材料所包圍。在SP1的此S形邊的外邊緣，區(qū)11的P+材料與N--襯底材料之間被井9的P-材料隔開。在SP1的此S形邊的內(nèi)邊緣，區(qū)11的P+材料部分地延伸到柵極6下面，并越過P-材料(圖6、7)，或區(qū)12的N+材料及相鄰的井9的P-材料兩者均部分地伸到柵極之下(圖8)。
由于在柵極6下的區(qū)10及11的P+材料(圖7)有一個小的深度，所以它們的外緣位置能夠精確地給確定出來，對于在這些邊上面的柵6的邊緣情況也是一樣的。而且，在場極電極5的這邊，N+材料與井9的P-材料之間的區(qū)11的P+材料起了一個擴散擋塊的作用，使此N+材料與N--材料之間避免漏電。
又如圖3至8中所示的，沿著SP1的S形邊安排著S形導(dǎo)電條14和場極電極5。導(dǎo)電條14在上面提到的彎曲部分37中與導(dǎo)電條13相連，并在位置17處與場極電極5、在位置18處與區(qū)12及46的N+材料相聯(lián)結(jié)。而且條14通過一個大的橋形件47連接到條形指狀物49的加大的頭部48;48使其本身與上述的大區(qū)域的底層P+材料10在許多部位相聯(lián)結(jié)，比如在部位50。最后，導(dǎo)電條14也被連到條形指狀物51，51也與此P+材料10在許多部位相聯(lián)結(jié)，比如在部位52。
要注意，在每一個如44(圖3)及52(圖4)那樣的部位上，該處有條形指狀物如42及51與底層的P+材料相聯(lián)結(jié)，而柵極6則與此聯(lián)結(jié)處相距一個增加了的距離，使足以防止擊穿現(xiàn)象。
另外一個S形導(dǎo)電條53/54與S形導(dǎo)電條14平行延伸，并且由于為上述的導(dǎo)電橋形件47所中斷，而形成53及54兩部分。條53/54在以55標明的許多部位處與區(qū)11的P+材料相聯(lián)結(jié)(圖3至8)。更詳細地說，條53/54的53部分被接到許多條形指形物如56及57上，這些指形物在柵極6的一邊與底層P+材料11在許多部位如58及59處相聯(lián)結(jié)。同樣，54部分被連到條形指形物60，而60在許多部位如61與底層P+材料11相聯(lián)結(jié)。為了使此指形物60與跟53相連的那些指形物的電位相同，在指形物60與59之間連接一導(dǎo)電橋形件62。
SP1的S形的部分，除了那些既不與P+材料又不與N+材料相接觸的幾處的剖面外，其余部分的剖面均類似于圖6及7左邊部分所示的情況。
從上所述及從對圖2與圖6至8相比較可以得出，DMOS晶體管DM，特別在圖8中可看到的，在SP1的每個A區(qū)及B區(qū)得到實現(xiàn)，這兩只晶體管是并聯(lián)的。而且多只晶體管T1(發(fā)射極、源極)，T2，PM及T′1(基極，發(fā)射極)也得到實現(xiàn)，相應(yīng)的晶體管是并聯(lián)。晶體管T1、T2、DM、T′1及PM分別示于圖8及7中。更詳細地說，T1的收集極及T2的基極由井9的P-材料構(gòu)成，而PM的源極由區(qū)11的P+材料構(gòu)成。圖2中的情況也是一樣。
舉例來說，當晶體管PM導(dǎo)通時，電流從T2的基極及T1的收集極，經(jīng)過PM管的源極、溝道及漏極流向電源端S2。電流從＃9的P-材料流向區(qū)10的P+材料。當此電流從N+材料的方形46下面流出時，在此P-材料中遭到最大的電阻。實際上，這一電流從此N+帶46下面流出，經(jīng)過方形46各邊上的P+材料及PM的N--溝道，向P+區(qū)10流動。由于N+材料的各邊上都有P+材料，所以PMOS晶體管PM的源極電阻比在圖2的具體實施方案中的源電阻要低得多，因而此晶體管的作用就更為增強，這意味著PM能切斷更大的電流。應(yīng)注意，圖2的具體實施方案可按這樣的方式來加以修改，即也讓其中區(qū)12及26的N+材料也被P+材料完全包圍。
從上述圖6至8可得出，P+材料10構(gòu)成了T′1晶體管的發(fā)射極，而它的收集極是由P-材料23構(gòu)成，如圖2中所示。P-材料23也構(gòu)成晶體管T′2的基極，它的發(fā)射極則由N+材料26形成。因此，電流能從T′1的發(fā)射極流向T′2的發(fā)射極，即從P+材料10流向N+材料26。由于在SP2的上部區(qū)26的N+材料的彎曲線的表面相對地大，所以大電流能在那里流動。為此，在此彎曲線的前面安排一個大面積的P+材料10是必要的，并要有一同等大的接觸表面50與之接觸。
明顯地，對晶體管T1及T2也有同樣的推理。由于這個理由，SP1就應(yīng)有一個對應(yīng)于SP2的接觸表面50的接觸表面。
在上述中，已經(jīng)提到，PMOS晶體管的源電阻愈低，則能為此晶體管切斷的電流就愈大。實際上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當稱RE為T1的收集極，T2的基極和PM管的源至漏通道的復(fù)合電阻時，則最大的可切斷的電流由下式給出I＝ (0.5(b1+1))/(RE(b1-1/b2))其中b1及b2分別是晶體管T1及T2在電流值I時的電流放大系數(shù)。當畫出RE作為I的函數(shù)曲線時，隨電流值I的增加，曲線表現(xiàn)出RE首先很快地減少，然后減小較慢。
如上所述，本開關(guān)的一個主要特點是T2的發(fā)射極由許多N+材料的方形46所組成，而它完全被P+材料所包圍。每一個開關(guān)部件SP1及SP2的結(jié)構(gòu)是基于此特點及下面的內(nèi)在關(guān)系的。
-由于組成SP1部件的T2的發(fā)射極是由許多N+材料的小方形46組成的，所以對于已給定的開關(guān)尺寸，此種發(fā)射極具有足夠大的表面。而這些方形46又是沿著一條波狀線排列的，對于這些已給定的尺寸，波狀線具有相對地大的長度。
-對于SP2也有同樣的推理，因為兩個開關(guān)部件應(yīng)是同樣的;
-由于擊穿的原因，這些線的波狀形的半徑不宜太小;
-為了使SP1及SP2要覆蓋一個大體上的方形或矩形的表面而在其中沒有多余的空位，則這些波狀線應(yīng)互相滲透;
-相對于開關(guān)部件的尺寸來說，每一開關(guān)部件應(yīng)有一個具有足夠地大的最大寬度的柵極。
-為了防止電壓擊穿，在開關(guān)部件SP1及SP2中，在柵極一邊連接電源端S1(S2)的P+材料應(yīng)與在此柵極另一邊連接電源端S2(S1)的N+材料相隔一個足夠的距離，而此距離最好保持恒定。對于屬于不同開關(guān)部件的所有的＃、區(qū)和帶也有同樣的要求。
由于所有這些理由，本開關(guān)結(jié)構(gòu)包括兩個相同的開關(guān)部件SP1及SP2。其中，使N+材料的方形沿著彼此平行而又相互滲透的S形線排列，按此方法它們就覆蓋了一個大體上為方形的表面，還提供了足夠的空位來安排比較長的蛇形柵極。此外，SP1(SP2)的N+材料的這些線要與SP2(SP1)的P+材料相隔一個基本恒定的距離。
也應(yīng)注意到，由于場極電極4及5降低了開關(guān)邊緣的最大電場，因而也減低了電壓擊穿的危險。
最后，下面應(yīng)注意到關(guān)于DM及DM′的選擇。
如在上面已提到的，DM與DM′是相同的，DM′的漏一源通路對PNP晶體管T1的射一基通路起分路作用，而且與DM的漏一源通路串聯(lián)。結(jié)果，在PNP晶體管T1起動前，跨接在DM′的漏一源通路兩端的電壓必須達到0.7V。這意味著如果DM′是相對地太大(DM也是一樣)因而它的阻抗就相對地小，則要達到0.7V的電壓降就必須通過相對地大的電流。在此情況下，此開關(guān)的工作基本如圖9中I/V特性曲線65所示。從此特性曲線可得出，可控硅開關(guān)器件接通是加速的，而且在較低的電流范圍內(nèi)，此開關(guān)的工作實質(zhì)上是像DMOS，而不像可控硅開關(guān)器件。反之，如果DM′是相對地太小(DM也是一樣)，因而它的阻抗就相對地高，則要達到如上述的0.7V的電壓降就必須通過相對地小的電流。在此情況下，此開關(guān)的工作基本上如圖9中I/V特性曲線64所示。從此曲線可得出，從DMOS模向可控硅模的轉(zhuǎn)換是很急劇的。
現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，為了保證從DMOS模向可控硅模的變換是平滑的(特性曲線66)，則此開關(guān)上的電壓盡可能接近晶體管T1或T′1的基-射飽和電壓VBE，此電壓V向下式給出V＝(Rb+Rd)·( (VBE)/(Rd) +ib)+VBE其中ib是導(dǎo)通可控硅開關(guān)器件所需要的最小基極電流;
Rb是在T2或T2′的集電極及在T1或T′1的基極中的N--材料的復(fù)合體電阻;
Rd是DM或DM′的溝道電阻。
從這關(guān)系可得出，當Rd＝ (VBE·Rb)/(ib)時，V是最小，但從這公式來確定DM及DM′的尺寸并不總是簡單的，由于ib的確定存在困難。
在最佳實施方案中，每一個DMOS晶體管占有的表面是等于0.35mm2。
對圖10至23的下列描述中，以一個電話交換機線路作為參考。此交換機是通過兩對雙向的電子開關(guān)與聯(lián)結(jié)到電話線口的保護裝置相連接。每對開關(guān)是串聯(lián)的，并由一電阻器分開。這些電阻器的一邊及另一邊分別接到振鈴電路和通過兩對其他的雙向電子開關(guān)接到測試線路上。接近保護裝置的開關(guān)接有保護電路，而另一對開關(guān)則沒有。
有保護的雙向開關(guān)電路如圖10所示，它包括兩個相同的保護單向開關(guān)SW1及SW2，它們在電源導(dǎo)線S1及S2之間反向并聯(lián)，并有一公共控制端或柵極端G。保護線路PC1，PC2(圖中未示出)是連到每個開關(guān)上的。單向開關(guān)SW1包括一個由PNP晶體管T1和NPN晶體管T2及T3組成的可控硅開關(guān)，一個 DMOS晶體管DM、PMOS晶體管PM1及PM2和電阻器R1至R3。晶體管T1的發(fā)射極由電源導(dǎo)體S1饋電，而T1的兩個集電極連接到晶體管T2及T3相應(yīng)的基極，晶體管T2和T3的集電極接到T1的基極，T2、T3的發(fā)射極通過電阻器R1及R2分別接到電源線S2。T1、T2、T3的基極分別通過DM的漏一源通路。串聯(lián)的限流電阻、PM1的源一漏通路和PM2的源一漏通路接到電源導(dǎo)體S2上。PM1，PM2及DM的柵極接到公共控制端G，而T2的發(fā)射極連接到保護線電路PC1。T3的基極及發(fā)射極和DM的柵極是連到保護線路PC2上的。要注意，電阻R1和R2分別構(gòu)成PC1和PC2的一部分。此開關(guān)可以用晶體管DM觸發(fā)到導(dǎo)通狀態(tài)，而用晶體管PM1和PM2觸發(fā)到關(guān)斷狀態(tài)。例如，當電源端S1相對于S2有一足夠高的電壓，而且控制端G被觸發(fā)，則DM就導(dǎo)通，跟著T1和T2T3也導(dǎo)通并相互維持著工作。為了關(guān)斷這個開關(guān)，就必須在PM1、PM2的控制端G加上一個合適的負電壓。實際上，當后者一旦導(dǎo)通，它們把電流從T2和T3的基極拉走，以致T2，T3(T1也跟著)進入非導(dǎo)通狀態(tài)。
單向開關(guān)SW2包含了一些沒有在圖中表示出來的晶體管和電阻器，它們與開關(guān)SW1中對應(yīng)的元件相似。SW2的工作情形與SW1相似，然而它是在電源端S2的電壓高于電源端S1的電壓時才工作。
非保護雙向開關(guān)的電路與示于圖10中的有保護開關(guān)的電路有差別。前者沒有晶體管T3和PM2、缺少電阻R1到R3，并且沒有保護電路PC1和PC2。
圖10所示的有保護雙向開關(guān)被集成在一個矩形表面上。在那里組成它的兩個單向開關(guān)SW1和SW2，相對于這個矩形上的一個點，被對稱地配置著。現(xiàn)在再來參閱圖11，它給出了整個制成的半導(dǎo)體開關(guān)SW1和一小部分SW3的布置情形，上述的對稱點由A表示。
開關(guān)SW1包括了可控制硅T1到T3、DMOS晶體管DM、PMOS晶體管PM1和PM2、保護電路PC1及PC2和構(gòu)成PC1、PC2一部分的晶體管T4及T5。該開關(guān)SW1由水平導(dǎo)電的電源導(dǎo)體S1和S2饋電?？煽毓鑄1-T3通過導(dǎo)電條72和73與S1和S2相連。所有這些導(dǎo)電條S1、S2、72、73由于做得較寬，例如80微米，所以都只有較小的電阻。而且導(dǎo)電條72和73較短，因為它們大部分是垂直于電源導(dǎo)體S1和S2的。同樣地，這個開關(guān)的各個器件之間的其他的聯(lián)接條都被做得盡可能地寬，以使其電阻最小?？煽毓鑄1-T3同輔助的晶體管DM以及PMOS晶體管PM1和PM2被集成在三個不同的槽中，以便可以給予它們最佳的尺寸。同樣，保護電路PC1和PC2的各個部分被集成在另外的槽中。
圖12更加詳細地給出了包括可控硅T1-T3和輔助的DM的裝置。該圖更為詳盡地給出了圖11中的Ⅻ部分，為了更好地看到金屬條下面的布局，金屬條的某些部位被去除了。圖13和14分別給出了圖12中沿ⅩⅢ-ⅩⅢ線和ⅩⅣ-ⅩⅣ線的(不按尺寸比例的)剖面圖。圖15到21給出了為實現(xiàn)圖12中的裝置所用的各種(不按尺寸比例的)掩模。
(接下頁)
可控硅T1-T3和DM的裝置被集成在一個氧化硅的槽74(圖13)中。這個槽鑲嵌在多晶硅層75中，并且包圍著一個由極輕摻雜的N型材料，用N--來表示做成的襯底76，本裝置包括一條連接到上述導(dǎo)電條72(連到電源端S1)的細長部77(圖12)，該細長部距由兩個半瓣組成的船形部78的距離相等。該兩半瓣分別通過各自的導(dǎo)電條73′、73″和各自的電阻R1和R2(圖11)聯(lián)接到上述的導(dǎo)電條73上面，并進而導(dǎo)向電源端S2。這兩半瓣還通過導(dǎo)電條79和80分別聯(lián)接到保護電路PC1和PC2。另一個導(dǎo)電條81把DMOS晶體管DM的柵極連接到PC2，導(dǎo)電條73″也連接到PC2(但沒有示出)。
T1-T3和DM的集成裝置用下面描述的方法來實現(xiàn)。當一層均勻厚度的柵極氧化物敷于槽74中的N--材料的上表面之后，就要使用圖15所示的掩模82。該掩模確定了一個大體上是矩形的表面83，一個與面83等距離配置的船形面84和兩個三角形部分85和86。船形面有一個直段和兩個四分之一園周的園端，該園端環(huán)繞著矩形面83的短邊。位于面83和84下面的柵極氧化層被除掉，而余下的柵極氧化層被生長，以便得到一個部分地復(fù)蓋槽74的上表面的層87(圖13)。接著，利用圖16中的掩模88把一層多晶硅材料加到槽的上表面予先規(guī)定的部位上。掩模88由88到92這幾個部位組成，以便獲得下列多晶硅材料的圖形，該圖形的各個部位具有與掩模部位相同的參考數(shù)碼，這些部位為-一個邊框90，它環(huán)繞著圖13、16中的矩形面93。
-一個船形邊框91(圖13、14、16)，它具有中段96，并包圍著被96分開的有兩個面94和95組成的船形面。船形面94、95包圍著面93的兩個短邊和一條長邊，其兩端與93的另一條長邊大體上對齊。
-一個外圍部89(圍16)，它包圍了矩形面93和船形面94、95，并且具有兩個三角形孔97和98。外圍部89并未在圖13中示出。
-一個大體上是正方形的柵極面(圖14、16)，它位于船形面94、95右上方的邊框91的附近。
請注意，邊框90、91和柵極面92構(gòu)成了與上述場極電極4和5具有同樣功能的場極電極，而外圍部89構(gòu)成了用來防止擊穿的屏蔽板。
隨后，使用示于圖17中的掩模99，該掩模確定了一個大體上是矩形面100和船形面101，并在分別被邊框90和91環(huán)繞的矩形面93和船形面94、95中制造P-材料的井102和103(圖13)。這些井例如可用離子注入和隨后的擴散工序來制造。井102大體上是矩形的。而井103是船形的，它的兩個子井被多晶硅材料部分96所分開。請注意，在圖14中井103在柵極面92下面被中斷了。
下一步利用圖18中所示的掩模104，該掩模確定了一個大體上是矩形面105和船形面106。在這個船形面106上有一條以孔107和108組成的船形線，這些孔與面105是等間距的。107孔是正方形的，而孔108是矩形的。掩模104被用來在井102和103中制造P+材料的矩形帶109和船形帶110(圖13、14)。這些帶可用像制造這些井的方法來制造。請注意，帶110部分地延伸到柵極面92之下(圖14)，該帶由上面提及的面94和95所定義的兩個子帶構(gòu)成。
制造了帶109和110之后，就要用圖19所示之掩模111和離子注入及隨后的擴散工序來制造下述N+材料區(qū)。該掩模確定了由同樣的正方形面組成的帶113和長方形面114。請注意，面113和114是分別與孔107和108相等的，雖然它們并未在圖中出來。這些N+材料區(qū)為
-一條由方塊區(qū)組成的線115(圖13、14)，這些區(qū)完完全全被帶110的P+材料所包圍;
-一個靠近船形面右上端的矩形區(qū)116(14)。該區(qū)除了伸向柵極面92(圖14)下面的一側(cè)以外，也被帶110的P+材料所包圍;
-一個蓋住多晶硅材料的外圍面89(圖16)的外圍區(qū)(并未在圖13、14中畫出)。
隨后，圖20中確定部位118到130的掩模117被用來在槽74的上表面制造出接觸材料的圖案。該圖案由下面同樣命名的表面所組成-一個在第109上表面的大體上是矩形的接觸面118(圖13);
-幾個把船形結(jié)構(gòu)劃成左右兩半的阻斷面，并且還包括＝在多晶硅材料的電場極電極91的上表面上的接觸條119(圖13)，120和121(圖12);
＝在同一個場極電極91上的接觸條122和123(圖13);
＝在帶110的相應(yīng)子帶的上表面上的接觸條124(圖13)和125;
＝在區(qū)115的上表面上的正方形接觸面126(圖13)和127(圖14);
＝在柵極面92的上表面的一個接觸面128(圖14);
＝通過N+材料把N--材料連接起來的接觸面129和130。
最后，借助圖21所示的掩模131把一層金屬按下列圖案敷到槽74的上表面，該圖案的各個部分均有與掩模131的相應(yīng)部位相同的參考數(shù)碼，這些圖案包括
-一個大體上是矩形的導(dǎo)電極132(圖12、13)，它有著上述的接觸面118(132和118兩者在圖12中均被籠統(tǒng)地用77來表示)并聯(lián)結(jié)到導(dǎo)向電源導(dǎo)體S1的條72上。
-一個船形的導(dǎo)電部(在圖12中籠統(tǒng)地表示為78)，它由被135分開的兩個板133和134組成并分別有著上述的接觸面119、126、122(圖13)和120、127(圖14)。這兩個極被分別連接到上面提到過的帶73′和73″，并通過電阻R1和R2(圖10)分別導(dǎo)向電源條S2。該兩塊板同時分別聯(lián)接到引向保護電路PC1和PC2的上述帶79和80(圖12);
-一個中間斷開的船形條136、137，它分別有著上述接觸面124和125。這兩個接觸條136、137通過導(dǎo)電條138(圖12、13)和139(圖12)分別聯(lián)結(jié)到PMOS晶體管PM1和PM2上。
-一個有著上述接觸面123的弧形導(dǎo)電帶140;
-一個L形導(dǎo)電條141(圖12)，它把與接觸面128相鄰的方形接觸面127和上述的接觸面121聯(lián)結(jié)起來。因為導(dǎo)電條141這樣地與底下的多晶硅材料相聯(lián)，而導(dǎo)電極134也與該材料沿表面120聯(lián)結(jié)，因此在120和121這兩個接觸面之間形成了一個電阻，該電阻在圖10和14中被標為R3;
-一個上面提到的引向PC2并有著接觸面128的導(dǎo)電條81(圖12和14);
-分別有著上述接觸面129和131的導(dǎo)電部142和143，這樣就把屏蔽板89接上了與N--材料相同的電位。
請注意，圖12中畫出的條144和145并不是本發(fā)明的一部分。
圖13是表示在圖12中的器件左半部的剖面圖。從圖13中可以看出它包括了雙極晶體管T1和T2，圖中示意地表示出了它們的電極，并被畫于圖10中。該器件的右半部同樣地包含了雙極晶體管T1和T3。更具體地講，從圖13可以看出T1和T2的發(fā)射極分別由帶109的P+材料和方塊區(qū)115的N+材料構(gòu)成，方塊區(qū)115是方塊區(qū)線的一段“子線”;T1的基極和T2的收集極是由N--材料構(gòu)成;而T2的基極和T1的收集極是由帶110的一個子帶的P+材料所構(gòu)成。
圖14是圖12中器件的剖面圖。從該圖可以看出這個器件的右半部包含了一個DMOS晶體管DM，圖14也指出了該管的電極，該管也被表示在圖10中。更具體地講，DM的源極、漏極和溝道分別由N+的區(qū)116、N--材料和它們之間的P-材料所構(gòu)成，DM的柵極是柵92。
如上所述，接觸條137和138是分別連接到集成于不同槽中的PMOS晶體管PM1和PM2上的。由于這兩個晶體管是相似的，下面僅考慮PM1。在此，要談一下圖11和繪有沿圖11中ⅩⅩⅡ-ⅩⅩⅡ線剖面的圖22。即是一個與上述槽74不同的電絕緣槽144(圖22)的剖面圖。在槽144的N--襯底中做了兩個P+材料的帶145和146，(它們被一條N--材料分開)和許多N+材料的區(qū)例如147。上面提到的導(dǎo)電條138與相鄰的N+材料區(qū)帶147及P+材料帶145相接觸，并具有許多如148那樣的斜向指狀物與其他帶145相接。導(dǎo)電條73有許多像149那樣的斜向條指狀物，它們與條狀指狀物148互相交插并與帶146相接。148和149這兩組條狀指狀物被一個多晶硅材料的線形柵150(圖22)分開，該柵極位于一條N--材料上方。P+材料的帶145、146，N--材料和柵極150分別構(gòu)成了PMOS晶體管PM1的源極、漏極、溝道和柵極。源極和溝道通過區(qū)147的N+材料和導(dǎo)電條138互相聯(lián)接。
鑒于上述說明，應(yīng)該注意到，因為R1選得比R2小，所以流過T2的電流比T3的電流大，要斷開這個較大的電流，PM1必須比PM2大。
從上述關(guān)于由兩個帶有保護電路的單向開關(guān)組成的裝置的描述中，更具體地從圖11中，可以看到這一可控硅裝置T1-T3、DM和T1′-T3′，DM′是相對于點A對稱地布置的，而且T2、T3和T2′、T3′的船形發(fā)射極的開口是互相背對著的。
對于由兩個沒有保護電路的單向開關(guān)組成的一個裝置也存在著相似的對稱性。圖23清楚地給出了這兩個開關(guān)，每一個分別由可控硅T1、T2和T1′、T2′，DMOS晶體管DM和DM′，以及PMOS晶體管PM1和PM′所組成。T1、T2、DM和T1′、T2′、DM′這兩個可控硅裝置與上述可控硅裝置T1-T3、DM有相同的形狀，并且是對于點B對稱地布置著的。然而，T2和T2′的船形發(fā)射極的開口邊現(xiàn)在是相互面向的。T1和T1′的矩形發(fā)射極是平行放置的，以致它們是相互面向但稍稍錯開的。這樣，后面兩個發(fā)射極能夠容易地通過比較短而寬的導(dǎo)電條分別與T2′和T2的發(fā)射極一端相連。而后面的兩個發(fā)射極(T2′、T2)的一端或另一端位于靠近電源端S1和S2的地方，以致它們也能用短而寬的導(dǎo)電條互相連接。更詳細地來說-T1的發(fā)射極是通過短導(dǎo)電條151連向與聯(lián)結(jié)T2′的發(fā)射極面的導(dǎo)電極152相鄰的一端，152的另一端通過導(dǎo)電條153與相鄰的電源端S1相連;
-同樣地，T1′的發(fā)射極通過短導(dǎo)電條154連向與聯(lián)結(jié)T2的發(fā)射極面的導(dǎo)電極155的一端，還是這同一端同時經(jīng)導(dǎo)電條156與相鄰的電源端S2相連。
在上述的雙向開關(guān)T1、T2(或T1-T3)和T1′、T2′(或T1′-T3′)中，T2的發(fā)射極具有一個小船的形狀，它圍繞著大體上是矩形的T1的發(fā)射極。如果不用這樣的船形發(fā)射極，或許能夠給T2和T2′的每一個發(fā)射極以橢園的形狀，并且使該兩個橢園面對面地放置。為了分別給互相連接T1與T2′以及T1′與T2的發(fā)射極的導(dǎo)電條以通道，這兩個橢園必須在中部割開。為了減小這些導(dǎo)電條的電阻，它們應(yīng)該做得比較短而寬。然而，如把它們做得較寬，則T2和T2′的發(fā)射極的有效長度就會相應(yīng)減小。另外一方面，當兩個橢園面對面地放置時這些互相連接的導(dǎo)電條將具有最小的長度。此時，這個長度約等于橢園半寬度的兩倍再加上一個預(yù)先確定的短距離。與此相反，在前面描述的裝置中，像151和154那樣的互聯(lián)導(dǎo)電條的寬度(圖23)并不影響T2和T2′發(fā)射極的有效長度，而且這些導(dǎo)電條能夠做得較短，因為T1和T2′以及T1′和T2的發(fā)射極相互面對并可放置在上述預(yù)先確定的短距離上。
雖則本發(fā)明的原理是結(jié)合了特定的裝置敘述如上，應(yīng)該明白，這個描述僅僅是通過具體實例來進行的，并不能成為對本發(fā)明的使用范圍的一種限制。
權(quán)利要求
1.半導(dǎo)體器件，即包含至少一個第一導(dǎo)電類型(N)高摻雜材料的區(qū)(12)，該區(qū)被嵌入一個第二導(dǎo)電類型(P)材料的井(9)中，以允許電流在所說的井(9)與所說的區(qū)(12)之間流動，其特征在于，在所說的井(9)中，所說的區(qū)(12)至少部分地被一個所說的第二種導(dǎo)電類型(P)的高摻雜材料帶(11)所包圍，并允許電流在所說的井和所說的帶之間流動。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的半導(dǎo)體器件，其特征在于所說的帶(11)完完全全包圍著所說的區(qū)(12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2的半導(dǎo)體器件，其特征在于該器件包含有多個所說的區(qū)(12)，每一個區(qū)完完全全被所說的帶(11)包圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3的半導(dǎo)體器件，其特征在于所說的許多個區(qū)(12)是沿著一條被所說的帶(11)包圍著的波狀線排列。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1的半導(dǎo)體器件，其特征在于所說的井(9)由P材料組成，所說的區(qū)(12)由N+材料組成，所說的帶(11)由P+材料組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5的半導(dǎo)體器件，其特征在于該器件包括一個由一個PNP晶體管(T1)和一個NPN晶體管(T2)所組成的可控硅，這些晶體管在兩個電源端(S1、S2)之間相互聯(lián)接，S1和S2分別指定為所說的兩個晶體管的發(fā)射極，所說的NPN晶體管(T2)的基射結(jié)被一個截止型器件(PM)所分路，并且所說的PNP晶體管(T1)的收集極和所說的NPN晶體管(T2)的基極由所說的井(9)構(gòu)成，所說的NPN晶體管(T2)的發(fā)射極由所說的區(qū)(12)構(gòu)成。所說的帶(11)構(gòu)成所說的截止型器件的一個輸入電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6的半導(dǎo)體器件，其特征在于所說的截止型器件是由一個PMOS晶體管(PM)構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7的半導(dǎo)體器件，其特征在于所說的PMOS晶體管(PM)的源極由所說的P+材料的帶(11)構(gòu)成，其漏極由一個P+材料的第二帶(10)構(gòu)成，而在所說的帶(10、11)之間有一個由N導(dǎo)電類型的輕摻雜材料(N--)構(gòu)成的蛇形溝道，并且有一個蛇形柵極(6)安放在上面所說的構(gòu)道和所說的兩個帶邊緣的上方。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8的半導(dǎo)體器件，其特征在于所說的P+材料帶(10、11)比所說之井(9)具有較小的深度。
10.根據(jù)權(quán)利要求
9的半導(dǎo)體器件，其特征在于所說之第一個P+材料帶(11)的一部分沿著S形表面延伸，而所說之第二個P+材料帶(10)的一部分沿著兩個垂直的表面聯(lián)結(jié)著S形表面的兩端。
11.根據(jù)權(quán)利要求
10的半導(dǎo)體器件，其特征在于所說的P+材料的第一個帶(11)和第二個帶(10)的另一部分劃定了所說的蛇形溝道的界限，該溝道是在由上述垂直的和S形的邊圍成的區(qū)域內(nèi)延伸。
12.根據(jù)權(quán)利要求
11的半導(dǎo)體器件，其特征在于該器件具有一個S形的帶有許多條狀指狀物(56、57)的第一導(dǎo)電條(53/54)，所說的第一導(dǎo)電條和第一組指狀物分別與所說之S形表面和所說的第一帶的所說的另一部分相接。
13.根據(jù)權(quán)利要求
11的半導(dǎo)體器件，其特征在于該器件含有一個具有第二組條狀指狀物(42、43)的第二導(dǎo)電條(13、14)，所說的第二導(dǎo)電條和第二組指狀物分別與所說的垂直表面和所說的第二帶的所說的另一部分相接。
14.根據(jù)權(quán)利要求
13的半導(dǎo)體器件，其特征在于所說的第二導(dǎo)電條(13、14)也與所說之N+材料區(qū)(12)相接，并且構(gòu)成了所說的兩個電源端(S1、S2)之一S2。
15.根據(jù)權(quán)利要求
13的半導(dǎo)體器件，其特征在于所說之第二組條狀指狀物中的一個指狀物(49、43)，其中部被斷開，其面對所說的S形面的彎曲處有一個加大了的頭部(48)并被連到所說之第二導(dǎo)電條(13)。
16.根據(jù)權(quán)利要求
15的半導(dǎo)體器件，其特征在于所說之頭部(48)經(jīng)一個第一導(dǎo)電片(47)聯(lián)到第二導(dǎo)電條(13、14)，該導(dǎo)電片斷開了第一導(dǎo)電條(53、54)以致使它成為兩個部分(53、54)，同時所說的一個第二組的條狀指狀物至少經(jīng)一塊第二導(dǎo)電片(62)連接到上述斷開了的第一導(dǎo)電條的所說的兩部分之一(54)上。
17.根據(jù)權(quán)利要求
7的半導(dǎo)體器件，其特征在于I＝ (0.5(b1+1))/(RE(b1-1/b2))，其中I是能被所說的PMOS晶體管截止的最大電流;b1和b2分別是所說的PNP和NPN晶體管在所說的電流下的電流放大系數(shù);RE是由所說的PNP晶體管的收集極，所說的NPN晶體管的基極和所說的PMOS晶體管的源-漏極通道組成的復(fù)合電阻。
18.根據(jù)權(quán)利要求
8的半導(dǎo)體器件，其特征在于該器件還包含一個DMOS晶體管(DM)，其源極由所述的許多個N+材料區(qū)(12)中的一個區(qū)構(gòu)成，其溝道由P-材料構(gòu)成，其漏極由所說的輕摻雜的N導(dǎo)電類型材料構(gòu)成。
19.根據(jù)權(quán)利要求
18的半導(dǎo)體器件，其特征為Rd＝( (VBE·Rb)/(ib) )1/2，其中Rd是所說的DMOS晶體管的溝道電阻;VBE是所說的PNP晶體管基射極飽和電壓;Rb是分別為所說的PNP和NPN晶體管的基極和收集極的復(fù)合電阻。
20.半導(dǎo)體裝置，其特征在于該裝置包含兩個根據(jù)權(quán)利要求
6到19中任一條的半導(dǎo)體器件，它們被反向并聯(lián)跨接到所說的電源端(S1、S2)。
21.半導(dǎo)體裝置，其特征在于該裝置包含兩個根據(jù)權(quán)利要求
10的半導(dǎo)體器件，該兩個器件中的每一個的所說的S形P+材料面相互滲透。
22.半導(dǎo)體器件，其特征在于該器件包含一個具有拉長了的發(fā)射極(109)的第一類型晶體管(T1)，同時包含一個或多個第二類晶體管(T2、T3)，后者的發(fā)射極由許多發(fā)射極單元(115)構(gòu)成，這些發(fā)射極單元至少部分地包圍著所說的拉長了的發(fā)射極(109)并且置于大體上處處與它等間距處。(緊接下頁)
23.根據(jù)權(quán)利要求
22的半導(dǎo)體器件中，其特征在于所說的許多單元(115)按照由一個直部和兩個四分之一園周的端頭構(gòu)成的船形線排列，以便在一側(cè)圍繞所說的拉長了的發(fā)射極(109)。
24.根據(jù)權(quán)利要求
23的半導(dǎo)體器件，其特征在于所說拉長了的發(fā)射極大體上是矩形的，而所說的船形線圍繞著所說矩形的兩條短邊和一條長邊，矩形的另一條長邊大體上與船形線的兩端對平。
25.根據(jù)權(quán)利要求
24的半導(dǎo)體器件，其特征在于所說的第二類晶體管(T2、T3)的每一個的發(fā)射極由所說的船形線的一個“子線”所構(gòu)成。
26.根據(jù)權(quán)利要求
25的半導(dǎo)體器件，其特征在于形成上述船形線的所說的發(fā)射極單元，每一單元都由第一導(dǎo)電類型(N)材料的一個區(qū)構(gòu)成，它們被嵌入并被完全包圍在形成第一船形帶(110)的第二種導(dǎo)電類型(P)材料之中，所說的船形線和所說的第一帶(110)都部分地包圍著所說的長方形，這個長方形由所說的第一導(dǎo)電型(P)材料的一個第二帶(109)構(gòu)成，所說的第一帶(110)包含幾個與第二類晶體管(T2、T3)數(shù)目相等的子帶，所說的第二帶(109)與第一電源端(S1)相電氣聯(lián)接，而每個一所說的子線區(qū)(115)則電氣聯(lián)接(73′、73″)到第二電源端(S2)。
27.根據(jù)權(quán)利要求
26的半導(dǎo)體器件，其特征在于所說的第一帶(110)和第二帶(109)分別被嵌入所說的第二導(dǎo)電類型(P)材料的第一井(103)和第二井(102)中，這些井被做在所說的第一導(dǎo)電類型(N)材料的襯底(76)中，多晶硅材料的第一(90)和第二(91)場極電極分別地被制作在所說的第二帶(109)及井(102)和所說的第一帶(110)及井(103)的上面和周圍。
28.根據(jù)權(quán)利要求
27的半導(dǎo)體器件，其特征在于所說的第一場極電極(90)也被電氣聯(lián)接到所說的第一電源端(S1)，而所說的第二場極電極(91)各部連同所說的子線一起也被電氣聯(lián)接(73′、73″)到所說的第二電源端(S2)。
29.根據(jù)權(quán)利要求
27的半導(dǎo)體器件，其特征在于所說的第一類晶體管(T1)是一個PNP型晶體管，所說的第二類晶體管(T2、T3)是與所說的第一類晶體管(T1)聯(lián)在一起組成一個可控硅開關(guān)的NPN晶體管，所說的區(qū)(115)和所說的那些帶分別由高摻雜的N型材料(N+)和P型材料(P+)組成，而所說的井(103，102)的材料是輕摻雜的P型材料(P-)，所說的襯底(76)的材料是極輕摻雜的N型材料(N--)，所說的第一類晶體管(T1)的收集極和一個相應(yīng)的第二類晶體管(T2、T3)的基極由相應(yīng)的一個所說的子帶構(gòu)成，而第一類晶體管(T1)的基極和每一個第二類晶體管的收集極由所說的襯底(76)構(gòu)成。
30.根據(jù)權(quán)利要求
27的半導(dǎo)體器件，其特征在于該器件包含有一個“接通”器件DMOS晶體管(DM，圖14)，它被并聯(lián)到每一個所說的第二類晶體管(T2，T3)的集-射極回路中，該DMOS晶體管的源極由另一個單元(116)也就是由第一導(dǎo)電類型(N)材料的另一個材料區(qū)構(gòu)成，這個區(qū)被嵌入并部分地被所說的第一帶(110)的(P+)材料所包圍，所說的DMOS晶體管還有一個由襯底(N--)組成的漏極，它被所說的第一井(103)材料的溝道與源極分隔開，在此溝道上方有一個多晶硅材料的柵極(92)。
31.根據(jù)權(quán)利要求
30的半導(dǎo)體器件，其特征在于所說的源極和漏極的材料分別是高摻雜的(N+)和極輕摻雜的(N--)N型材料，而所說的溝道材料為輕摻雜的P型材料(P-)。
32.根據(jù)權(quán)利要求
30的半導(dǎo)體器件，其特征在于所說的另一個單元(116)被鑲嵌在所說的第一帶(110)的一端的附近。
33.根據(jù)權(quán)利要求
30的半導(dǎo)體器件，其特征在于所說的另一個單元(116)是通過一個由多晶硅材料條組成的電阻(R3)被電氣連接到所說的第二電源端(S2)。
34.根據(jù)權(quán)利要求
26的半導(dǎo)體器件，其特征在于該器件包含有一個或多個“截止型器件”，每一個截止型器件由并聯(lián)在相應(yīng)的第二類晶體管(T2、T3)的基一射結(jié)上的一個PMOS晶體管(PM1、PM2)組成，所說的PMOS晶體管的源極和漏極分別由高摻雜的P型材料(P+)的第三帶(145)和第四帶(146)所構(gòu)成，并被極輕摻雜的N型材料(N--)的蛇形溝道所分隔，在此溝道的上方有一個多晶硅材料的柵極(150)，而且每一個所說的截止型器件被電氣聯(lián)接(138，139)到一個相應(yīng)的所說的子帶上。
35.根據(jù)權(quán)利要求
26的半導(dǎo)體器件，其特征在于所說的發(fā)射極(110;109)與電源端(S1，S2)的電氣聯(lián)接是通過在大范圍內(nèi)與電源端導(dǎo)體垂直的導(dǎo)電體(72，73)來實現(xiàn)。
36.包含兩個半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體裝置，其特征在于所說的兩個器件(SW1，SW2)的每一個是按照權(quán)利要求
23制成的，并且兩個器件相對一個點(A、B)是對稱地配置。
37.根據(jù)權(quán)利要求
36的半導(dǎo)體裝置，其特征在于每一個所說的器件包含一對第二類晶體管(T2，T3;T2′，T3′)，它們具有其開端相互背向的相應(yīng)的船形發(fā)射極線(圖11)。
38.根據(jù)權(quán)利要求
36的半導(dǎo)體裝置，其特征在于所說的每一個器件包含有一個第二類晶體管(T2，T2′)，這些第二類晶體管具有其開端相互面向的船形發(fā)射極線(圖23)。
39.根據(jù)權(quán)利要求
38的半導(dǎo)體裝置，其特征在于所說的兩個器件中的每一個，其第二類晶體管(T2，T2′)的船形發(fā)射極線的一端面對著另外一個器件的第一類晶體管(T1′，T1)的一段發(fā)射極，因而可用相對地短而闊的導(dǎo)電條(154，151)在那里相聯(lián)，并且所說的發(fā)射極線(T2，T2′)的另一端位于相應(yīng)的電源端(S1，S2)附近，而且可以在那里用相對地短和闊的導(dǎo)電條(153，156)連接起來。
40.半導(dǎo)體裝置，只要它至少包含有一個這樣的半導(dǎo)體器件，該器件是聯(lián)接有一個接通器件(DM)和一個截止型器件(PM1、PM2)的可控硅開關(guān)(T1-T3)，該半導(dǎo)體裝置的特征在于，在每一個器件中所說的可控硅開關(guān)(T1-T3)和所說的接通器件(DM)被集成在一個電絕緣的第一類槽(74)中，而所說的截止型器件(PM1，PM2)被集成在電絕緣的第二類槽(144)內(nèi)。
41.根據(jù)權(quán)利要求
40的半導(dǎo)體裝置，其特征在于所說的可控硅開關(guān)包含有一個具有拉長了的發(fā)射極(109)的第一類晶體管(T1)，同時包含有一個或多個第二類晶體管(T2，T3)，該第二類晶體管的發(fā)射極是由許多個發(fā)射極單元(115)所組成，并且至少部分地包圍著所說的拉長了的發(fā)射極(109)并置于處處與它大體上保持等間距處。
專利摘要
本半導(dǎo)體器件和裝置包括聯(lián)結(jié)有接通器件(DM)和截止型器件(PM)的可控硅開關(guān)。該開關(guān)包含有一個PNP晶體管(T
文檔編號H01L29/76GK85103373SQ85103373
公開日1986年12月31日 申請日期1985年5月15日
發(fā)明者吉多·皮特拉斯·色菲爾·康斯藤特·萊茉莉, 盧克·約瑟夫·路易斯·馮登·波舍 申請人:美國標準電氣公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan