Brevet FR2035107A1 — publié le 19701218

L'invention concerne un dispositif semiconducteur. Un transistor utilisé comme dispositif semiconducteur dans un ' " agencement tel qu'un circuit amplificateur de puissance ou un circuit de commutation se trouve quelquefois endommagé en'cours d'utils lisation en raison d'un accident dit de "claquage" dénommé percement secondaire. Bien que le mécanisme physique^détaillé du percement secondaire ne- soit.pas connu, de tels accidents sont classés en deux groupes. un premier type de percement' intervient dans un circuit ampli-10 ficateur de puissance quand il se trouve dans 1'état de polarisation dit direct (ou dans le sens conducteur) ; le second type de percement intervient dans un circuit de .commutation comportant une charge inductive quand il se trouve dans 1'état de polarisation dit inverse (ou dans le sens non-conducteur). 15 Un tel accident de claquage ou percement est fatal non seule ment pour le dispositif semiconducteur,mais 'aussi, pour tout circui-t utilisant des dispositifs semiconducteurs. Un but essentiel de l'invention est de réaliser un dispositif semiconducteur comportant une structure d1 électrode telle que le 20 percement secondaire dans un état de polarisation inverse puisse être effectivement empêché. Un autre but de l'invention est de réaliser une structure d'électrode permettant d'empêcher effectivement une concentration de courant. 25 x)'autres buts, particularités et avantages de l'invention ap paraîtront à la lecture du complément de description qui suit et à l'examen du dessin ci-annezé, lesquels complément et dessin concernent différents modes de réalisation de l'invention choisis à titre d'exemples non limitatifs et sont, bien entendu, donnés surtout à 20 titre d'indication. Les fig. 1a et 1b, de ce dessin, représentent schématiquement en coupe et à une échelle agrandie la structure de deux modes de réalisation d'une électrode émettrice d'un transistor au silicium de type connu. 35 x>es fii> 2a et 2b représentent chacune schématiquement en cou pe et à une échelle agrandie la structure de l'électrode émettrice d'un transistor au silicium selon un mode de réalisation de l'invention. -ba fig* 3, enfin, est un diagramme montrant les caractéristi-40 ques intensité de courant-tension des transistors au silicium dont 70 09864 2 \-.■•2035107 des structures d'électrodes sont .représentées fig. 1 et 2.,. t>e-référant à la fig- 1a montrant un transistor au silicium de -construction connue, 1 désigne une région émettrice, .2 une-région de base., 3 une région collectrice, 4 une électrode, émettrice, 5 une 5 électrode de contact ohmique (ci^-après décommée "partie de-contact") réalisée en nickel, molybdène, alliage or-chrome et analogues, formée sur la surface de ladite région émettrice 1 pour .la mise en place de ladite électrode émettrice 4, et 6 désigne un conducteur intérieur pour une électrode émettrice» Quand un tel transistor est po-10 larisé dans une direction inverse, il se produit un phénomène dénommé concentration de courant : le courant se trouve en effet concentré sur le parcours indiqué par la flèche- la concentration du courant devient d'autant plus prononcée et dangereuse que la tension é-lectrique appliquée en sens inverse entre l'émetteur et la base de-15 vient plus élevée en raison de la présence d'un élément 7 électriquement résistant établi transversalement par rapport à la-base 2. Quand la susdite tension inverse excède la tension de claquage collecteur-émetteur d'un transistor, le transistor acquiert une caractéristique de claquage en avalanche. Quand un tel état se trou-20 ve maintenu pendant un certain temps, la tension de claquage du transistor est rapidement abaissée, et un percement secondaire se produit- Même si la superficie de la partie de contact 5 est agrandie comme le montre la fig- 1b, la concentration de courant ne peut pas être évitée. Dans ce cas, le conducteur intérieur 6 pour l'é-25 lectrode émettrice est connecté directement à la pièce de contact 5. La fig- 2a est un schéma montrant en coupe l'agencement d'un transistor au silicium selon un mode de réalisation de l'invention-Dans ce cas, une pellicule isolante 8 telle qu'une pellicule en bi-oxyde de silicium est établie au centre de la surface de la région 50 émettrice, la pièce de contact 5 en nickel, en molybdène, en alliage or-chrome ou analogues est établie d'une manière telle qu'elle entoure ladite pellicule 8S et l'électrode émettrice 4 établie en une matière telle que de la soudure est établie de façon à recouvrir ladite pièce de contact 5-35 Dans l'électrode émettrice ayant la structure décrite ci-dessu^ le percement secondaire d'un transistor est empêché.de la manière suivante : quand le transistor est polarisé dans une. direction inverse, le. courant a tendance à se concentrer dans la partie centrale de la région émettrice 1, mais le parcours pour un tel courant est 40 interrompu par la pellicule 8 en bioxyde de silicium formée au cen- BAD ORIGfî&L 70 09864 3 2035107 tre dë la région émettrice et le courant est donc forcé de se disperser dans une direction transversale dans la région émettrice 1 et dans la région de base 2. Par conséquent, le courant s'écoule jusque dans le conducteur intérieur 6 pour l'émetteur au travers de 5 la pièce de contact 5 et de 1'électrode émettrice 4 qui sont formées à la périphérie de la pellicule en bioxyde de silicium- Dans ces conditions, la concentration de courant observable dans un transistor établi selon la technique antérieure ne se produit plus dans un transistor ayant la structure d'électrode décrite 10 ci-dessus- Effectivement, même si le même état est main-tenu après que le transistor a acquis la caractéristique de claquage en avalanche, la tension de claquage du collecteur ne s'abaisse pas rapidement et le percement secondaire n'intervient pas- la pellicule en bioxyde de silicium qui est très importante 15 pour une telle structure d'électrode peut être une pellicule formée par traitement thermique pendant la diffusion de l'émetteur, une pellicule nouvellement formée par dépôt après le traitement thermique dans une atmosphère oxydante, ou une pellicule formée par décomposition thermique de siliciures tels qu'un organo-silane- Il 20 est possible aussi de. former la couche isolante par application d' une suspension de poudre d'oxyde de silicium, dépôt de la poudre d' oxyde de silicium et frittage de cette poudre- la fig- 2b montre un autre mode de réalisation de l'invention. Il y est prévu une partie ou pièce de contact 5 qui couvre la pelli-25 cule isolante 8 en bioxyde de silicium ouaaalogues, et s'étend jusqu'à la surface de la région émettrice à la périphérie de la pellicule 8 ; le conducteur intérieur pour l'émetteur est connecté directement à la pièce de contact- Ainsi, la concentration de courant est effectivement supprimée comme dans le transistor représen-30 té fig. 2a- La fig- 3 montre les caractéristiques tension électrique-inteit-sité de courant d'un transistor selon l'invention et d'un transistor selon la technique antérieure dans un état de polarisation en sens inverse ; on a porté en ordonnées l'intensité de courant au collec-35 teur, et en abscisses la tension en sens inverse collecteur-émetteur. Comme le montre cette fig. 3, le transistor selon l'invention et le transistor selon la technique antérieure présentent tous deux la même caractéristique en sens inverse indiquée en A jusqu'à ce que la tension de rupture soit atteinte. Quand la susdite ten-40 sion est dépassée, le transistor établi selon la technique antéri- T baq original 70 09864 4 2035107 eure acquiert la caractéristique de claquage en avalanche, et la tension de claquage du collecteur est rapidement abaissée jusqu'à B si un tel état est maintenu. Au contraire, le transistor selon l'invention présente l'éta-5 blissement de la caractéristique d'avalanche* et la tension de claquage de collecteur n'est que légèrement abaissée jusqu'à la valeur indiquée en G. Banale transistor représenté fig- 2a, un effet particulièrement favorable de suppression de la concentration de courant est 10 atteint quand la largeur ^ de pellicule isolante est supérieure aux deux-tiers de la largeur de la pièce de contact. Par ailleurs., il est important dans le transistor représenté fig. 2b que la largeur de la pièce de contact soit supérieure à la largeur de la pièce de liaison du conducteur intérieur 6 pour 15 1'électrode émettrice• Bien que la présente invention ait été décrite en ce qui concerne la structure d'électrode émettrice pour un transistor de puissance, le même effet que celui décrit ci-dessus peut être atteint quand on applique l'invention à d'autres types d'éléments semicon-20 ducteurs tels qu'un élément redresseur à semiconducteur dans lequel une concentration de courant s'établit dans un état de polarisation en sens inverse. Dans ce cas, l'invention est appliquée à une électrode sur la région ayant une conductivité différente de celle du substrat. 25 Gomme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce - qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. T(7i%$&86* 5 2035107 si d"s .sdcnaJ: Revendications .a'i.ipa.'iQ ©èipaxfjj^gpogitif semiconducteur comprenant deux régions de types de conductivité différents qui forment au moins une jonction PU, ca- »*» ^ 2 r" ^ ___ ^ . sors -J-rgèflgfsg en ce qu'il est formé une pellicule isolante sur au moins oiO5S^ufe8xlïï&face desdites régions conductrices, il est formé une électro-■âè^êSâtact ohmique sur la surface à la périphérie de ladite pellicule isolante, ladite surface n'étant pas couverte par ladite J-^ëii'ï«îilë isolante, et un conducteur intérieur est connecté à ladi-t'é électrode de contact ohmique- '••10~ • •• ' ï'&i -Dispositif semiconducteur selon la revendication 1, caractérisé3" %h ce que ladite électrode de contact ohmique est établie ladite pellicule isolante sous une forme annulaire, et -°'3 ûhëî fiatière du type soudure est présente entre ladite électrode de - ■contact*ohmique et ledit conducteur intérieur. 15 3- Dispositif semiconducteur selon la revendication 1, carac- - - térisé 'ën ce que ladite électrode de contact ohmique est établie de - -h mMnfèrë à couvrir ladite pellicule isolante, et ledit conducteur in-térïeur est directement connecté à ladite électrode de contact ohmi-qué. 20 r 4. Dispositif semiconducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite pellicule isolante est une pellicule d'oxyde de silicium formée par oxydation thermique. r 5. Dispositif semiconducteur selon la revendication 1, carac térisé ep. ce que ladite .pellicule isolante est une pellicule d'oxyde 25 r:de silicium formée par décomposition thermique de siliciures- 6. Dispositif semiconducteur selon la revendication 1, carac-"térisé en ce que ladite pellicule isolante est formée par applicati- - on de poudre d'oxyde de silicium et frittage de cette poudre. 7. Dispositif semiconducteur, caractérisé en ce que ledit dis-30 positif est un transistor dont l'électrode émettrice comprend la structure spécifiée dans la revendication'2. 8. Dispositif semiconducteur, caractérisé .en ce que ledit dispositif est un élément redresseur, et l'électrode ayant un type de conductivité différent de celui de la conductivité d'un substrat 35 comprend la structure spécifiée dans la revendication 2. 9. Dispositir selon la revendication 2, caractérisé en ce que la largeur de ladite pellicule isolante est supérieure aux deux-tiers de la largeur de ladite électrode de contact ohmique. 10. Transistor caractérisé en ce que son émetteur comprend 40 structure spécifiée dans la revendication 3- 70 09864 6- * -20 35107 11. Elément redresseur, caractérisé en ce que son électrode ayant une conductivité de type différent de celui de la conductivité du substrat comprend la structure spécifiéé 'dans ik revendication 3- 5 12. Dispositif semiconducteur selon la 'revendication 3, ca ractérisé en ce. que la largeur de -11 électrode, d'e contact ohmique est supérieuré à la largeur £, de la partie -de liaison;- du—conduc-teur intérieur. • ' . •/ V . "4 13- Dispositif semiconducteur selon la revendication \2 ou 3, 10 caractérisé en ce que ladite électrode de contact ohmique est réalisée en nickel, en molybdène ou en alliage or-chrome-