Brevet FR2020590A1 — publié le 19700717

L'invention concerne un dispositif semii-conducteur dont le corps est muni d'une première zone d'un type de conduction, qui est voisine d'une surface pratiquement plane du corps, d'une seconde zone de l'autre type de conduction, qui est voisine de ladite surface et qui 5 entièrement entourée, dans le corps semi-conducteur, de la première zone, la jonction p-n entre ces zones affleurant ladite surface et, afin d'augmenter la -ension de claquage entre ces zones, d'au moins une autre zone de l'autre type de conduction, située à côté de la seconde zone et voisine de ladite surface et qui, dans le corps semi-conducteur, est entièrement 10 entourée de la première zone, la jonction ]S-n entre la première aènik'autre zone affleurant ladite surface et l'autre zone entourant la seconde zone, alors que sur ladite surface est appliquée une couche isolante, munie d'une ouverture dans laquelle est appliquée une couche de contact pour la seconde zone. 15 De tels dispositif semi-conducteurs sont décrits dans le brevet français N° 1.421.136. Une première autre zone entoure à courte distance la seconde zone. S'il existe une deuxième autre zone, elle entoure la seconde zone aussi bien que la première autre zone. Dans le cas où. l'on a appliqué une troisième autre zone, celle-ci entoure la seconde 20 autre zone et ainsi de suite. L'application de telles autres zones permet d'augmenter notablement la tension de claquage de la jonction p-n entre la première et la seconde zone. On a constaté que les dispositifs semi-conducteurs du genre mentionné ci-dessus ne sont pas stables, notamment lorsqu'ils sont 25 noyés dans une enveloppe en plastique. Au cours d'essais de durée, notamment à une température plus élevée, pour lesquels la jonction p-n entre la première et la seconde zone est polarisée dans le sens de blocage, la tension de claquage de la jonction p-n- diminue. L'invention vise entre autres à empêcher cette dimi-30 nution de la tension de claquage; elles estabasée entre autres sur l'idée que l'application desdites autres zones ne suffit pas pour obtenir une tension de claquage élevée stable. De plus, l'invention repose sur l'idée qu'en régime un dispositif semi-conducteur muni d'autres zones dudit genre, la jonc-35 tion p-n étant polarisée dans le sens de blocage, la couche isolante est chargée électriquement tend à acquérir le potentiel de la couche de contact, de sorte que dans la première zone est induite une mince couche superficielle de l'autre type de conduction, qui relie les autres zones à la seconde zone. De ce fait, l'effet exercé par les autres zones et 40 provoquant une augmentation de la tension de claquage est éliminé. BAD ORIGINAL 69 35008 2 2020590 Conformément à l'invention, sur la couche isolante d'un dispositif semi-conducteur du genre mentionné dans le préambule est . appliquée une couche conductrice munie d'une première partie entourant quasi entièrement la couche de contact et dans chaque direction parallèle 5 â la couche isolante, la (les) distance(s) comprise(s) entre la couche de contact et l'autre zone (les autres zones) est (sont) supérieure(s) â la distance comprise entre la couche de contact et la première partie, une seconde partie entourant quasi entièrement l'autre zone (les autres zones) et reliée à une partie superficielle de la première zone, qui est exempte 10 de la couche isolante et qui est située hors de l'autre zone (des autres zones), vu à partir de la seconde zone, et au moins une autre partie reliant la première partie à la seconde partie, alors que seule une petite partie de la couche isolante, située entre la première et la seconde partie, est recouverte de la couche conductrice. 15 D'une façon générale, une couche isolante appliquée sur un corps semi-conducteur telle qu'une couche d'oxyde d'aluminium, comporte un nombre de petits trous, entraînant le risque d'un court-circuit entre le corps semi-conducteur et un conducteur appliqué sur la couche isolante, la formation de tels petits trous ne peut guère être évitée en 20 pratique. Afin de réduire le risque-d'un tel court-circuit entre la couche conductrice et le corps semi-conducteur, une petite partie de la couche isolante située entre les première et seconde, parties est recouverte de la couche conductrice. 25 Lors du fonctionnement, la première partie de la couche conductrice entourant la couche de contact capte la charge électrique provenant de la couche de contact qui, sinon, provoquerait ladite charge de la couche isolante, charge qui serait évacuée vers la première zone. Une charge de la couche isolante étant ainsi empêchée, il ne se 30 =forme pas de canaux superficiels affectant le susdit effet exercé par l'autre zone (les autres zones) et provoquant une augmentation de la tension de claquage, ce qui fournit un dispositif semi-conducteur stable dans lequel la tension de claquage de la jonction p-n ne subit pratiquement pas de variations, même au cours d'une fonctionnement de longue durée. 35 Dans une autre forme de réalisation avantageuse con forme â l'invention, la couche conductrice entoure la seconde zone mais ne dépasse pas cette dernière, afin d'éviter une capacité- indésirable se produisant entre la couche conductrice et la seconde zone, ainsi que de grandes différences de potentiel â la couche isolante, entraînant le 40 risque de claquage de cette dernière. BAD ORIGINAL 69 35008 3 2020590 La couche superficielle située hors de 1-'autre zone (des autres zones) à laquelle est connectée la couche conductrice, entoure de préférence entièrement cette zone (ces zones). Une forme de réalisation importante du dispositif semi-5 conducteur conforme à l'invention comporte au moins deux autres zones, notamment une autre zone intérieure et une autre zone extérieure, l'autre zone extérieure entourant l'autre zone intérieure qui est située plus près de la seconde zone, alors que la couche conductrice, pour autant que celle-ci s'étend sur la partie de la couche isolante située entre lesdites 10 autres zones, appartient entièrement à l'autre partie (aux autres parties) de la couche isolante, â l'aide de laquelle (desquelles) la première partie de la couche isolante est reliée â la seconde partie. Afin d'assurer une bonne connexion électrique entre la couche conductrice et la première zone, on a appliqué, de préférence 15 dans la première zone, une zone de contact, de même type de conduction mais d'une résistivité plus basse que la première zone, cette zone de contact étant voisine de la partie superficielle située hors de l'autre zone (des autres zones). De préférence, la première zone est du type de conduc-20 tion n, alors que la seconde zone et l'autre zone 031 les autres zones sont du type de conduction p. L'invention importe surtout pour les transistors à haute tension, dans lesquels la première zone constitue la zone collectrice de transistor et la seconde zone la zone de base dudit transistor. La description ci-après, en se référant au dessin 25 annexé, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La fig. 1 montre schématiquement la vue en plan d'un exemple de réalisation d'un dispositif semi-conducteur conforme à l'invention. La fig. 2 montre schématiquement une section trans-30 versale suivant le plan II-II de la fi'g. 1. Il y a lieu de noter que sur la fig. 1, les zones semi-conductrices sont représentées en traits interrompus dans le corps semi-conducteur (1). L'exemple de réalisation à expliquer concerne un 35 transistor. Le transistor représenté sur les figures 1 et 2 comporte un corps semi-conducteur (1) muni d'une première zone (5) âluii type de conduction, qui est voisine d'une surface plane du corps et qui constitue la zone collectrice, d'une zone (4) de l'autre type de conduction, yg qui est voisine de la surface (2) et qui constitue la zone de base, ces 69 35008 4 2020590 zones étant entièrement entourées de la première zone (3), alors qus 1-a .jonction p-n (5) comprise entre les zones (5), (4) affleure la surface (2). Afin d'augmenter la tension de claquage entre les zones (3), (4)s on a appliqué, â côté de la seconde zone (4)* d'autres zones (6)., dans fi 1s présent exemple de réalisation deux autres zones (6)p de l'autre r.j-ps ;ïs conduction.; qui affleurent la surface (2 1 et qui sont entièrement entourées de la zone {3)9 alors que les jonctions p-n (j) entre les zones (6) et la zone (3) affleurent les surfaces (2). Les autres zones (6j entourent la seconde zone (4)® Sur la surface (2) est appliquée une c crack s 10 isolante (8) comportant une ouverture [3) dans laquelle est appliquée une couche contact (10) pour la seconde sone (4). De plus, on a appliqué, dans la zone de hase (4)"ns sone émettrice (11) sous forme d'une crête qui affleure la surface (2), La sons -âaettrice comporte uno couche de contact (12) dans une ouverture 15 (13) de la couche isolante. Aux couches de contact (10), (12) peuvent être connectés des conducteurs non représentés sur le dessin. La connexion électrique pour la zone collectrice est constituée par une plaque porteuse métallique (14) sur laquelle est fixé le corps (1) â l'aide d'une couche 20 de soudure (15)• Pour autant que le transistor représenté sur les figures 1 et 2 est décrit, il est d'un type connu et il peut être réalisé de la façon usuelle dans les techniques de semi-conducteurs et en matériaux usuels. 9 / \ i'5 Le corps semi~conducte"ar (1) est par exemple un cris tal de silicium aonocristallin, de dimension de 750^u:m x 75080 La zone collectrice (5) est de préférence du type de conduction n et sa resistivite est de 20 ohm.cm. Les autres zones (6) et la zone de base ,* ) ont une conduction de type p et elles sont obtenues simultanément par 30 diffusion de bore. La zone émettrice (11 ) est du type de conduction- n elle est obtenue par diffusion de phosphore. Dans la vue en plan que . présente la fig. 1, les dimensions de la zone des bases (4) est de 460^u-gi, x 460 /u-a-, la largeur des doigts de la zone émettrice (11) est d'environ 25^u..",, la largeur des autres zones (6) environ 10^u * .À? r f Ici ■35 distance comprise entre la zone de base (4) et la plus proche autre zone (6) et entre les autres zones (6) est d'environ 25yu La couche isolante (8) est en oxyde de silicium et 40 son épaisseur est d'environ 2./u-jTi, Cette couche peut également être cons- / BAD ORIGINAL 69 35008 5 2020590 tituée par du nitrure de silicium. Le corps (1) est fixé â l'aide d'une soudure usuelle à la plaque porteuse.métallique (14)> par exemple en molybdène doré, afin d'obtenir un contact ohmique pratique. Les couches de contact (10), (12) sont en aluminium. 5 La tension de claquage collectrice du transistor dé crit n'est pas stable. Au cours de l'élaboration de l'invention, on a constaté que, lors d'un fonctionnement de longue durée, pour lequel la jonction collecteur-base (5) est polarisée dans le sens de blocage, c'est-à-dire qu'à la couche de contact (10) est appliqué un potentiel 10 négatif par rapport au potentiel de la plaque métallique (14)» la couche isolante (8) est chargé négativement, ce qui a pour effet qu'une couche superficielle du type p est induite dans la zone de collectrice (3), couche superficielle qui relie la zone de base (4) aux zones (6) et le susdit effet exercé par les zones (6) et provoquant une augmentation de 15 la tension de claquage est éliminé. Afin d'améliorer la stabilité de ces tensions de claquage, on a ppliaué, conformément à l'invention, sur la couche isolante (8) une couche conductrice (16),.(17), (18), lui entoure la couche de contact (10) de la première zone (4) de façon que dans chaque direction 20 parallèle â la couche isolante, les distances comprises entre la couche de contact (10) et les autres zones (6) sont supérieures â la distance comprise entre la couche de contact (10) et la couche conductrice (16), (17), (18). En appliquant à la couche conductrice (16), (17), (18) 25 qui entoure la couche de contact (10), un potentiel positif par rapport à la couche de contact (10), par conséquent un potentiel moins négatif ou même positif, on empêche ou on limite une charge négative de la couche isolante (8). Les résultats les plus avantageux s'obtiennent lorsque la différence en potentiel entre la couche conductrice (16), (17)» (18) et 30 la zone collectrice (3) est faible. C'est pour cela qu'on a appliqué une connexion électrique entre cette couche conductrice et la première zone (3). Dans le présent exemple de réalisation, la couche conductrice (16), (17)» (18) est connectée à unè. partie superficielle (2a) de la première zone (3)» «lui est exempte de la couche isolanté (8) et qui 35 est située hors des autres zones (6), vu à partir de la première zone (4). Cette partie superficielle (2a) entoure les autres zones par le chiffre de référence (19) sur la fig. 1'. Grâce à cette connexion électrique, le potentiel appliqué en régime à la couche conductrice (16), (17)» (18) est automatiquement le même que celui appliqué^ à la zone de collectrice (3). 40 La couche collectrice (16), (17), (18) ne doit pas être connectée avec une 69 35008 6 2020590 partie superficielle de la zone collectrice (3) située entre les autres zones (6) ou entre la zone de base (4) et la plus proche autre zone (6), sinon, il se forme en régime dans la zone de collectrice (3) une zons d'appauvrissement située à partir de la jonction p-n (5) le long desdites 5 parties superficielles. Si la couche collectrice (16), (17), (18) dépassait la zone de hase (4), la capacité de base-collecteur serait augmentée et la tension base-colleeteur apparaîtrait en régime à la couche isolante (8), vu dans la direction de l'épaisseur de celle-ci, ce qui entraînerait le risque de claquage de cette couche. C'est pour cela que la couche 10 conductrice (16), (17), (18) entoure la seconde zone (zone de base) (3) et ne la dépasse pas. Afin de limiter le risque de court-circuit se produisant entre la couche conductrice (16), (17), (18) et le matériau semiconducteur sous-jacent par l'intermédiaire d'un petit trou (pinhole) dans la 15 couche isolante (8), la surface de la couche conductrice (16), (17), (18) est de préférence petite. C'est pour cela que la couche conductrice (16), (17), (18) est constituée par une première partie (16), qui entoure la seconde zone (3), alors que dans chaque direction parallèle à. la couche isolante (8), les distances comprises entre la couche de contact (10) et 20 les autres zones (6) sont supérieures à. celles comprises entre la couche de contact (10) et la première partie (16), puis, par une seconde partie (18), qui entoure les autres zones (6) et qui est reliée à la partie superficielle (2a) située hors de ces zones et par des autres parties (17) reliant les parties (16), (18), alors qu'une petite partie de la 25 couche isolante (8) située entre les parties (16) et (18) est recouverte par la couche conductrice (16), (17), (18). On profite du fait que l'effet exerçant une augmentation de la stabilité et provoqué par la couche conductrice est moins basé sur l'influence du champ électrique se produisant dans la partie superficielle du corps semi-conducteur située 30 au-dessous de la couche conductrice à l'aide du potentiel appliqué à la couche conductrice, que sur la captation et l'évacuation de la charge provenant de la couche métallique de contact, charge qui pourrait charger la couche isolante (8). La première partie (16) est entièrement située entre la seconde zone (4) et les autres zones (6). >35 Dans la première zone (zone de collectrice) est appli- quée une zone de contact (20), de même type de conduction (type 11), mais d'une résistivité plus basse que la première zone (.3), cette zone étant voisine de la partie superficielle (2a) située hors des autres zones (6). Il en résulte une réduction de la résistance électrique entre la couche 40 conductrice (16), (17), (18) et la première zone (3). 09 35008 De plus, la zone de contact (20) empêche, que la couche d'appauvrissement se formant en régime dans la zone collectrice s'étend jusqu'au bord du cristal, ce qui aurait pour effet la formation de courants de fuite. 5 Sur la fig, 2, un trait interrompu indique la forme de la couche d'appauvrissement se produisant en régime dans la zone collectrice (3). La couche conductrice (16), (17)» (18) est constitués par de l'aluminium et peut être appliquée simultanément avec les couches de contact (10), (12). La zone de contact (20) du type n s'obtient par dif-10 fusion de par exemple du phosphore et peut être appliquée simultanément avec les émettrices (11). Le susdit transistor conforme à l'invention présente une tension de claquage base-collecteur élevée stable. Le transistor peut être achevé de façon usuelle et 15 être muni d'une enveloppe. L'invention est non seulement importante pour des transistors, mais également pour des diodes à haute tension. Si, dans ledit transistor, on omet la zone émettrice (11) et la couche de contact (12), on obtient en principe une diode à haute tension conforme à 1'in-20 vention. Les figures ne montrent par les moyens permettant d'appliquer les potentiels désirés, ces moyens étant connus en soi. Il est évident que l'invention n'est pas limitée aux susdites formes de réalisation et que le technicien pourra en réaliser de 25 nombreuses variations, sans sortir du cadre de l'invention. Les ouvertures (22) entre les parties (16), (17)» (18) de la couche conductrice représentées sur la fig. 1 peuvent être fermées. Il n'est pas nécessaire sue la couche conductrice entoure entièrement la couche de contact de la c-isoend =• sons; une petite interruption n'affecte pas ou guère leur effet» 50 iiô nombre d!autres zones (6) n'est pas nécessairement limité â deux, un plus grand ou plus petit nombre étant également possible. La zone émettrice du transistor représenté sur les figures 1 et 2 peut avoir toute forme usuelle. D'autres matériaux usuels que ceux mentionnés ci-dessus peuvent être utilisés, par exemple un corps semi-conducteur en germanium 35 ou en un composé III-Y. Comme le montrent les figures 1 et 2, il n'est pas nécessaire que la partie superficielle découverte (2a) ou les zones de contact (20) s'étendent jusqu'au bord du corps semi-conducteur (1). La couche de contact de base (10) peut dépasser la zone de conductrice (3) de façon que toute la ligne d'intersection de la jonction p-n (5) avec la 40 surface (2) se trouve au-dessous de la couche de contact de base (10). BAD ORIGINAL 69 35008 8 2020590 REVENDICATIONS» 1. Dispositif semi-conducteur dont le corps est muni d'une première zone d'un type de conduction, qui est voisine d'une surface pratiquement plane du corps, d'aine seconde zone de l'autre type de 5 conduction, qui est voisine de ladite surface et qui est entièrement entourée, dans le corps semi-conducteur, de la première zone, la jonction p-n entre ces zones affleurant ladite surface et, afin d'augmenter la tension de claquage entre'ces zones, d'au moins une autre zone de l'autre type de conduction, située à côté de la seconde zone et voisine de ladite 10 surface et qui, dans le corps semi-conducteur, est entièrement entourée de la première zone, la jonction p-n entre la première et l'autre zone affleurant ladite surface et l'autre zone entourant la seconde zone, alors que sur ladite surface est appliquée une couche isolante, muni d'une ouverture dans laquelle est appliquée une couche de contact pour la se-15 conde zone, ce dispositif semi-conducteur étant caractérisé en ce que sur la couche isolante est appliquée une couche conductrice munie d'une première partie entourant quasi entièrement la couche de contact et dans chaque direction parallèle à la couche isolante, la distance (les distances) comprise(s) entre la couche de contact et llautre zone (les autres 20 zones) est (sont) supérieure(s) à la distance comprise entre la couche de contact et la première partie, une seconde partie, qui entoure quasi entièrement l'autre zone dé contact (les autres zones de contact) et qui est reliée â une partie superficielle de la première zone exempte de la couche isolante et située hors de l'autre zone (hors des autres zones), 25 vu 5 partir de la seconde zone et au moins une autre partie reliant la première partie à la seconde partie, alors qu'une petite partie de la couche isolante située entre la première et la seconde partie est recouverte de la couche isolante. 2. ■ Dispositif semi-conducteur selon la revendication 1, 30 caractérisé en ce que la couche conductrice entoure la seconde zone et ne la dépasse pas. 3• Dispositif semi-conducteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première partie est entièrement située entre la seconde zone et l'autre gone ou les autres zones. •35 4. Dispositif semi-conducteur selon l'une des revendi cations 1 â 3, caractérisé en ce que dans la première zone est appliquée une zone de contact de même type de conduction maife d'une résistivité plus basse que la première zone, ces zones de contact étant voisine de la partie superficielle située hors de l'autre zone (des autres zones). 40 5. Dispositif semi-conducteur selon l'une des revendi 69 35008 9 2020590 cations 1 à 4- t caractérisé en ce que la première zone, constitue le zone de collectrice d'un transistor et la seconde zone la zone de base dudit transistor. 6. Dispositif semi-conducteur selon l'une des revendi- 5 cations 1 à 5> » caractérisé en ce que la première zone est du type n et la seconde zone et l'autre zone ou les autres zones du type p. 7- Dispositif semi-conducteur selon l'une des revendi cations 1 à 6 > caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux autres zones, notamment une autre zone intérieure et une autre zone extérieure, 10 ITautre zone extérieure entourant l'autre zone intérieure qui est située plus près de la seconde zone, alors que la couche conductrice, pour autant que celle-ci s'étend sur la partie de la couche isolante située entre lesdites autres zones, appartient entièrement à l'autre partie (aux autres parties) de la couche isolante, à l'aide de laquelle (des-15 quelles) la première partie de la couche isolante est reliée â la seconde partie.