Brevet FR2037251A1 — publié le 19701231

L'invention concerne un dispositif semiconducteur dont le corps est muni d'une première zone d'un type de conduction, qui affleure une surface pratiquement plane du corps, d'une seconde zone de l'autre type de conduction, qui affleure aussi 5 ladite surface et qui, dans le corps semiconducteur, est entièrement entourée de la première zone, la Jonction p-n entre ces zores as terminant â ladite surface, et d'au moins une autre zone de l'autre type de conduction, située à coté de la seconde zone et affleurant ladite surface et qui, dans le corps semiconducteur, 10 est entièrement entourée de la première zone, la jonction p-n entre la première et l'autre zone se terminant à ladite surface, et l'autre zone entourant la seconde zone, alors que sur ladite surface plane est appliquée une couche isolante, munie d'une ouverture dans laquelle est appliquée une couche de contact pour 15 la second zone. Un tel dispositif semiconducteur est décrit par exemple dans le brevet français No. 1.421,136. Dans ce dispositif, la seconde zone est entourée d'au moins une autre zone, alors que chaque autre zone suivante entoure 4-a seconde zone et toutes 20 les autres zones précédentes. Par l'emploi de telles autres zones, de l'autre type de conduction, on a pu augmenter considérablement la tension de claquage entre la première et la seconde zone, par la diminution de l'influence que subit ce claquage de la part des conditions de surface. 25 Toutefois, on a constaté que les dispositif semi conducteurs de ce genre sont parfois instables du fait que pendant leur fonctionnement, la jonction p-n entre la première et la seconde zone étant polarisée dans le sens de blocage, la couche isolante subit une charge électrique et tend à acquérir le 30 potentiel de la couche de contact. Une couche superficielle, de l'autre type de conduction, appelée couche d'inversion, peut de ce fait être introduite dans la première zone; cette couche d'inversion relie les autres zones entre elles ainsi qu'à la seconde zone à travers un canal d'inversion, de sorte que l'action 35 des dites autres zones est éliminée et que la tension de claquage entre la première et la seconde zone diminue. Un des buts de l'invention est de pallier, la diminution et l'instabilité de ladite tension de claquage, qui vont de pair avec la formation de telles couches d'inversion. 40 L'invention repose entre autre sur l'idée que l'in— 70 10531 2. 2037251 fluence défavorable desdites couches d'inversion peut être éliminée du moins en grande partie si, entre la seconde zone et la première autre zone et/ou entre les autres zones, on forme une zone superficielle ou anneau de garde interrompant un canal even-5 tuel sans que pour cela une telle zone diminue considérablement la tension de claquage entre la première et la seconde zone. Conformément à l'invention, un dispositif du genre mentionné dans le préambule est donc remarquable en ce qu'à côté d'au moins une autre zone du côté de la couche de contact, il se 10 trouve une zone superficielle annulaire interrompant un canal éventuel, alors que mesurée parallèlement à la surface, la distance entre la couche de contact et le pourtour extérieur de ladite autre zone est supérieure à la distance entre ladite couche de contact et le pourtour extérieur de ladite zone superficielle 15 qui du moins le long de son pourtour intérieur complet, est limitrophe de la première zone. On est porté à croire que la présence d'une telle zone interrompant un canal éventuel, formée dans le voisinage immédiat d'une autre zone ou même limitrophe de celle-ci, dimi-20 nuerait sensiblement la tension de claquage entre l'autre zone et la première zone, et, de ce fait, également la tension de claquage entre la première et la seconds zone. Toutefois, en pratique, on a été surpris de constater que cela n'est pas le cas. La cause en réside dans le courant qui lors du fonctionnement, s'écoule 25 dans le sens de blocage à travers la jonction p-n entre la première et la seconde zone, le long de la surface semiconductrice. Par suite de ce courant de blocage, intérieurement, c'est-à-dire du côté de la seconde zone, la jonction p-n entre l'autre zone et la première zone est polarisée dans le sens de conduction, 30 tandis qu'extérieurement, cette jonction est polarisée dans le sens de blocage. Etant donné que conformément à l'invention, la zone interrompant un canal éventuel se trouve à la face intérieure de l'autre zone, l'influence exercée sur la tension de claquage entre la première et la seconde zone est faible ou inexistante. 35 En outre, conformément à l'invention, la première zone limite la zone (anneau de garde) interrompant un canal éventuel le long du pourtour intérieur complet de cette zone, tandis que le pourtour extérieur de celle-ci se trouve plus près de la couche de contact que le pourtour extérieur de l'autre zone. 70 10531 2037251 La zone interrompant un canal éventuel est donc éloignée de toutes les parties des jonctions p-n présentes, polarisées dans le sens de blocage, de sorte que la tension de blocage totale, comme en l'absence de cette zone, peut être répartie sur les autre s z one s. Eu égard à la faible place disponible entre la second zone et la première autre zone ou entre des autres zones voisines, la zone superficielle interrompant un canal éventuel sera de préférence limitrophe de ladite autre zone. Suivant un autre mode de réalisation préféré, la distance, mesurée parallèlement à la surface, existant entre la couche de contact et le pourtour extérieur de la zone superficielle interrompant un canal éventuel, est supérieure à la distance entre ladite couche de contact et l'autre zone. De ce fait, la zone interrompant un canal éventuel est partiellement incorporée dans l'autre zone, de sotte que l'on réalise on gain de place supplémentaire. De telles zones superficielles interrompant un canal éventuel peuvent être obtenues par la mise en oeuvre de procédés généralement utilisés dans la technique des semiconducteurs; on peut par exemple augmenter soit la concentration caractérisant le dopage, soit la vitesse de recombinaison à la surface. XI est particulièrement avantageux que la zone superficielle interrompant une canal éventuel soit formée par une zone, de préférence diffusée, du premier type de conduction et à résistivité inférieure à celle de la première zone, de sorte que la formation d'un canal d'inversion dans cette première zone soit exclue. Il est encore plus simple que la zone interrom pant un canal éventuel soit formée par une partie superficielle appartenant à la première zone et exempte de la couche isolante, comme cela est décrit par exemple dans le brevet canadien No. 667.423. Suivant un autre mode de réalisation, la couche isolante porte une couche donductrice entourant quasi entièrement la couche de contact, alors que mesurée parallèlement à la surface, la distance entre la couche de contact et ladite autre zone est supérieure à la distance entre ladite couche de contact et la couche conductrice, tandis que sont prévus des moyens à l'aide desquels un potentiel peut être appliqué à la couche conductrice. Mise à un potentiel approprié, une telle couche con 70 10531 2037251 ductrice peut, par induction à la surface, donner lieu à une répartition de champ qui est telle que soit éliminée également la partie d'un canal d'inversion, située à l'extérieur de la zone superficielle interrompant une canal éventuel, comme cela est décrit dans le demande de brevet néerlandais No.6.814.636, déposée le 12 octobre 1968 et intitulée "Halfgeleider inrichting". L'invention est particulièrement importante dans les cas où la première zone est en silicium de type de conduction p, étant donné que lesdites couches d'inversion se forment facilement sur ce matériau, par exemple par suite d'une oxydation thermique, habituelle lors de la fabrication de structures planaires . L'invention est également particulièrement importante pour tin dispositif dans lequel la première zone constitue le collecteur, et la seconde zone la base d'un transistor haute tension. L'invention concerne également un dispositif semiconducteur tel que décrit ci—dessus, comportant des moyens pour porter la première et la seconds zone à des potentiels tels que la jonction p-n entre ces zones soit polarisée au moins temporairement dans le sens de blocage. La description suivante, en regard du dessin annexé, le tout donné es. "fcxt/X"'3 cl •exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Les figures r â 5 sont des coupes transversales illustrant différents modes de réalisation du dispositif conforme à l'invention. Pour simplifier l'exposé, touè les dispositifs décrits sont à symétrie de révolution par rapport à l'axe M-M des figures. Ces figures sont schématiques et les dimensions ne sont pas représentées à la même échelle, surtout les épaisseurs étant représentées exagérément grandes pour la clarté du dessin. Les parties qui sur les figures correspondent ont été repérées par les mêmes références. Sur la fig. 1 , le dispositif 70 10531 -5- 2037251 est entourée entièrement par la zone (3), affleurent ladite surface (2). La jonction p-n (5^ entre les zones (3) et (4) se termine à la surface (2). La surface (2) porte une couche isolante (6) en 5 oxyde de silicium, munie d'une fenêtre de contact (7) dans laquelle est élaborée une couche de contact (8) en aluminium sur la seconde zone (4). Le dispositif comporte en outre une zone (9) de type de conduction p, qui à travers une ouverture dans la couche 10 d'oxyde (6), est connectée à une couche d'aluminium (10). La zone (9) forme l'émetteur d'un transistor, alors que la zone (4) et la zone (3) forment respectivement la base et le collecteur de ce transistor. Sur l'autre face de la plaque dé silicium (l), une couche métallique (30) assure un contact pratiquement 15 ohmique avec la zone (3)- Pendant le fonctionnement, comme l'indique sxxhéma-tiquement la fig. 1, la jonction p-n (5) entre les zones (3) et (4) est polarisée dans le sens du blocage, tandis que la jonc-!-' tion p-n (11) entre les zones (4) et (9) est polarisée dans le 20 sens de la conduction. Entre les bornes (12) et (13) peut être fourni à l'émetteur un signal, pouvant être prélevé, amplifié,sur le collecteur, par exemple à travers la résistance (14). Pour augmenter la tension de claquage de collecteur, le dispositif comporte également une autre zone (15)» de type 25 de conduction n, située à côté de la zone (2) et affleurant la surface (2) tout en étant, dans le corps semiconducteur, entourée entièrement par la première zone (3)» La jonction p—n (17) entre la zone (3) et la zone (15) se termine également à la surface (2). La zone (15) entoure la second zone (4). 30 La tension de claquage de collecteur du transistor ainsi formé s'avère instable du fait que pendant le fonctionnement, la couche d'oxyde (6) est chargée électriquement. De ce fait, il se peut que dans la zone (3)» de type de conduction p, soit formée à la surface une couche conductrice de type de con-35 duction n, dénommée couche d'inversion, connectant la zone (15) à la zone (4). L'effet de la zone (15) est ainsi éliminé, de sorte que la tension de claquage entre les zones (3) et (4) diminue. En outre, le plus souvent, lorsque la zone (3) est 40 de type de conduction p, comme c'est le cas dans l'exemple en 70 10531 2037251 question, un canal d'inversion peut exister sous la couche d'oxyde (6) déjà en l'absence de tensions appliquées à la surface (2). Conformément à l'invention, pour empêcher cette diminution de la tension de claquage de collecteur, on a placé, 5 à côté de la zone (15)> du côté de la couche de contact (8), une zone diffusée superficielle annulaire (.18) interrompant un canal éventuel de type de conduction p, à résistivité inférieure à celle de la zone (3)- La zone (18) est limitrophe de la zone ( 15) . En outre, mesurée perpendiculairement à la surface (2), la 10 distance entre la couche de contact (8) et le pourtour extérieur de l'autre zone (1$) est supérieure à la distance entre ladite zone de contact (8) et le pourtour extérieur de la zone (18). Le long de son pourtour intérieur complet, cette zone superficielle (l8) est limitrophe de la première zone (3)» 15 La zone (18) de type de conduction p a été diffusée simultanément avec la zone d'émetteur (9)» La concentration en accepteurs caractérisant le dopage de cette zone est assez élevee pour que la formation d'un canal d'inversion soit exclue, de sorte qu'un canal d'inversion éventuel,existant entre les zones 20 (4) et (15)» est interrompu à l'endroit de la zone (18). De ce fait, l'action défavorable, déjà mentionnée, qu'un tel canal d'inversion peut avoir sur la tension de claquage de la jonction p-n peut être évitée. Du fait que lors du fonctionnement, un courant de 25 blocage d'une certaine intensité s'écoule, le long de la surface (2), à travers le corps semiconducteur (courant qui dans le sens conventionnel est dirigé de la zone (4) vers la zone (3)), la jonction p-n (17) est, du côté extérieur de la zone correspondante (15)> polarisée dans le sens du blocage, tandis que du 30 coté intérieur de cette zone (15)» cette jonction p—n est polarisée dans le sens da la conduction. De ce fait, la présence de la zone (18) fortement dopée influence peu ou pas du tout la tension de claquage entre les zones (3) et (4), étant donné que l'action de la zone (15) n'est pratiquement pas diminuée. 35 La structure entière est entourée d'une zone super ficielle (22) de type de conduction p, pour interrompe une couche d'inversion formée du côté extérieure de la zone (15)« Le dispositif décrit peut être fabriqué par la mise en oeuvre de technique planaires généralement utilisées. Dans 40 cet exemple, la zone (3), de type de condmction p, a une résis- 70 10531 2037251 tivité de §0 ohms. cm. L'épaisseur des zones (4) et (15) est égale à environ 10 yu, et ces zones sont obtenues simultanément par diffusion de phosphore, la concentration caractérisant le 18 dopage étant de 10 atomes/cm3. L'épaisseur des zones (9)> (18) 5 et (22) est égale à environ 6 yU, et ces zones sont obtenues simultanément par diffusion de bore, la concentration caractéri- 20 sant le dopage étant de 10 atomes/cm3. L'épaisseur de la couche d'oxyde (6) est d'environ 1 yu, et celle des couches d'aluminium d'environ 0,5 yu. La distance entre les zones (4) et (15) 10 atteint environ 90 yu, alors que la largeur de cette zone (15) est d'environ 30 yU; le diamètre de la zone (4) est par exemple égal à 200 yu, celui de la zone (9) étant égal à 100 yU. La zone (18) ne doit pas nécessairement être limitrophe de la zone (15)» mais une telle conception mérite géné-15 ralement la préférence en égard à la place restreinte, disponible entre les zones (h) et (15)» La fig. 2 est une coupe transversale schématique illustrant un autre mode de réalisation, presque identique à celui illustré sur la fig. 1. Toutefois, le zone (18) interrom-20 pant le canal est incorporée partiellement dans la zone (15)» de sorte que la distance, mesurée parallèlement à la surface (2) et existant entre la couche de contact (8) et le pourtour extérieur de i-a. zone (18), est supérieure à la distance entre ladite couche de contact (8) et l'autre zone (15)» On réduit de ce fait 25 davantage l'encombrement nécessaire pour la zone (18) entre les zones (H) et (15)» Ceci est" important, étant donné que par suite des dopages utilisés, la place disponible peut parfois être très petite. La figi 3 montre un exemple d'un mode de réalisation 30 suivant lequel la zone superficielle interrompant un canal éventuel est formée par une partie superficielle (20), appartenant à la zone (3)et est exempte de la couche d'oxyde (6). Cette partie (20) est formée par une fente annulaire décapée dans la couche d'oxyde. Dans les parties superficielles de la zone (3), 35 non recouvertes d'oxyde, il ne se forme généralement pas de couche d'inversion, de sorte que la partie superficielle annulaire (20) interrompera un canal d'inversion éventuellement formé. A l'opposé des exemples précédents, cette figure 3 ne se rapporte pas à un transistor, mais à une diode haute tension, 40 formée par les zones (3) et (4). 70 10531 2037251 La fig. h est une coupe transversale schématique d'un transistor haute tension qui, comparé avec celui illustré sur la fig. 1, présente comme seule différence què,.outre l'autre zone (15)» on a formé encore une deuxième autre zone (16), de même type de conduction que les zones (4) et (15)» Une zone (19) interrompant un canal éventuel est élaborée également entre les zones (15) et (16), le long du pourtour intérieur de la zone (16). Par plusieurs autres zones, telles les zones (1£j) et (16), la tension de claquage de la j8nction p-n (5) peut approcher la valeur maximale, déterminée par le dopage de la zone (3)« La fig. 5 enfin est une coupe transversale schématique illustrant encore un autre mode de réalisation du dispositif conforme à l'invention. La structure semiconductrice est pratiquement identique à celle illustrée sur la fig. 2. Toutefois, sur la couche d'oxyde (6), on a formé encore une couche d'aluminium (21) entourant la couche de contact (8), alors que la distance, mesurée parallèlement à la surface (2) et existant entre la couche de contact (8) et la zone (15), est supérieure à la distance entre ladite couche de contact (8) et la couche d'aluminium (21) qui, à travers la zone fortement dopée (22) de même type de conduction que la zone (3), est connectée à cette zone. De ce fait, si la jonction p-n (5) est polarisée dans le sens de blocage, la couche (21) acquiert un potentiel tel que soit exclue la formation d'une couche d'inversion dans les parties superficielles dé la zone (3), situées sous la couche (21 ). Etant donné qu'une telle couche d'inversion, bien qu'elle soit interrompue par la zone (18), peut néanmoins devenir défavorable par l'accroissement de la surface effective de la jonction p-n à cause duquel peuvent se produire par exemple des capacités indésirables et non reproductibles - la forme de réalisation illustrée sur la fig. 5 est particulièrement favorable. Bien que l'invention soit décrite à l'aide de formes de réalisation et d'applications déterminées, le technicien pourra en réaliser de nombreuses variantes sans sortir du cadre de l'invention. Il n'est pas indispensable par exemple que le dispositif présente une symétrie de révolution. Une ou plusieurs zones peuvent présenter une forme carrée, rectangulaire, ovale, etc., alors que de préférence, les distances entre les différentes zones sont choisies égales le long de leur pourtour complet. Le type de conduction caractérisant les différentes zones peut 70 10531 2037251 être remplacé par le type de conduction opposé, les tensions de polarisation étant inversées. Il n'est pas nécessaire non plus que les dopages et les épaisseurs des zones de même type de conduction soient les mêmes. Au besoin, la zone d'émetteur et la 5 zone de base peuvent être réalisées sous forme de peignes dont les dents s'adaptent les unes dans les autres. Il est possible d'utiliser comme matériau semiconducteur un matériau autre que le silicium, par exemple le germanium ou des composés. Au lieu d'oxyde de silicium, la couche isolante (6) peut 10 être constituée par d'autres matériaux, par exemple par du ni-trure de silicium ou par plusieurs couches superposées en matériaux différents, tandis que l'aluminium constituant les couches métalliques peut être remplacé par d'autres matériaux. Tout en restant dans le cadre de l'invention, on peut changer 15 la farme et les dimensions du dispositif, ainsi que les dopages utilisés. 70 10531 REVENDICATIONS ; 1. Dispositif semiconducteur dont le corps est muni d'une première zone d'ion type de conduction, qui affleure une surface pratiquement plane du corps, d'une seconde zone de. l'au— 5 tre type de conduction, qui affleure aussi ladite surface et qui, dans le corps semiconducteur, est entièrement entourée de la première zone, la jonction p-n entre ces zones se terminant à ladite surface, et d'au moins une autre zone de l'autre type de conduction, située à côté de la seconde zone et affleurant ladite 10 surface et qui, dans le corps semiconducteur, est entièrement entourée de la première zone, la jonction p-n entre la première et l'autre zone se terminant à ladite surface, et l'autre zone entourant la second zone, alors que sur ladite surface plane est appliquée une couche isolante, munie d'une ouverture dans la-15 quelle est appliquée me couche de contact pour la second zone, caractérisé en ce qu'à côté d'au moins une autre zone du côté de la couche de contact, il se trouve une zone superficielle annulaire interrompant un canal, éventuel, alors que mesurée par allé 1-lement à la surface, la distance entre la couche de contact et 20 le pouitour extérieur de ladite autre zone est supérieure à la distance entre ladite couche de contact et le pourtour extérieur de ladite zone superficielle qui, du moins le long de son pourtour intérieur complet, est limitrophe de la première zone. 2. Dispositif semiconducteur selon la revendication 1 25 caractérisé en ce que la zone superficielle interrompant le canal éventuel est limitrophe de ladite autre zone. 3- Dispositif semiconducteur selon la revendication 2 caractérisé en ce que mesurée parallèlement à la surface, la distance entre la couche de contact et le pourtour extérieur de la 30 zone superficielle interrompant un canal éventuel est supérieure à la distance entre ladite couche de contact et l'autre zone. 4. Dispositif semiconducteur selon l'une des revendi cations 1 à 3, caractérisé en ce que la zone superficielle interrompant un canal éventuel est une zone superficielle de préfé-35 rence diffusée, du premier type de conduction et à résistivité inférieure à celle de la première zone. 5» Dispositif semiconducteur selon l'une des reven dications 1 à 3, caractérisé en ce que la zone superficielle interrompant un canal éventuel est formée par une partie super— 40 ficielle appartenant à la première zone et exempte de la couche 70 10531 Isolante. 6. Dispositif semiconducteur selon l'une des revendi cations 1 à 5, caractérisé en ce que la couche isolante porte une couche conductrice entourant quasi entièrement la couche de contact, alors que mesurée parallèlement à la surface, la distance entre la couche de contact et ladite autre zone est supérieure à la distance entre ladite couche de contact et la couche conductrice, tandis que sont prévus des moyens à l'aide desquels un potentiel peut être appliqué à la couche conductrice. 7» Dispositif semiconducteur selon l'une des revendi cations 1 à 6, caractérisé en ce que la première zone est en silicium de type de conduction p. 8. Dispositif semiconducteur selon l'une des revendications 1 à 7» caractérisé en ce que la première zone est le collecteur d'un transistor, et la seconde zone la base de ce transistor. 9. Dispositif semiconducteur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour porter la première et la seconde zone à des potentiels tels que la jonction p-n entre ces zones soit polarisée au moins temporairement dans le sens de blocage.