Brevet FR2062989A1 — publié le 19710702

3^680 1 2062989 L'invention est relative aux dispositifs semiconducteurs et elle concerne, plus particulièrement, une région constituant une électrode de contact formée dans de tels dispositifs et ayant en coupe transversale une superficie constante. 5 les dispositifs semiconducteurs formés par des techniques planar comprennent généralement des plaquettes semiconductrices comportant diverses régions diffusées ou déposées ayant un type de conductivité adéquat, et comportant aussi des électrodes connectées à certaines de ces régions afin d'établir des dispositifs é-10 lectriques. De tels dispositifs peuvent être actifs (cas des transistors et des diodes) ou passifs (cas des résistances et des condensateurs). Plusieurs de ces dispositifs semiconducteurs comportent une région de haute résistance électrique, par exemple la base d'un transistor unijonction, de dimensions très faibles en 15 comparaison des dimensions du reste du dispositif semiconducteur. Les dimensions de cette région déterminent sa résistance électrique (c'est-à-dire, plus la superficie de la section "transversale de cette région est grande, plus sa résistance électrique est faible), et étant donné que cette caractéristique détermine dans une large 20 mesure les autres caractéristiques électriques du dispositif considéré dans son ensemble, il est nécessaire de déterminer avec précision les dimensions de cette région et aussi de garantir que ces dimensions ne varient pas au cours de la durée de service utile du dispositif. Toutefois, dans certains dispositifs où la région de 25 contact possède un type de conductivité analogue au type de conductivité du substrat semiconducteur environnant, bien que leurs ré-sistivités puissent être différentes, il existe un problème gênant, à savoir : au cours du fonctionnement du dispositif électrique, certaines influences, soit électriques, soit physiques, sur la ré-30 gion de contact provoquent son étalement jusque dans la matière semiconductrice environnante du substrat, ce quia pour effet d'élargir les dimensions physiques de cette région. Cet étalement provoque des variations de la résistance électrique de la région de contact au cours du fonctionnement du dispositif, variations qii à 35 leur tour provoquent une modification des caractéristiques électriques de ce dispositif. Il serait donc souhaitable d'éliminer le ■problème de l'étalement des régions de contact au courb du fonctionnement des dispositifs semiconducteurs. Un but de l'invention est donc de léaliser un dispositif 40 semiconducteur qui élimine le problème de l'étalement. BAD ORIGINAL 70 34680 2 2062989 Un autre but de l'invention est de réaliser un dispositif semiconducteur dans lequel les dimensions de la superficie en coupe transversale des régions de contact soient maintenues constantes pendfint toute la durée de service utile du dispositif. 5 Encore uri autre but de l'invention est de réaliser des -dispositifs semiconducïèurs dars lesquels les caractéristiques électriques intrinsèques du dispositif demeurent constantes. En résumé, ces buts se trouvent atteints dans un dispositif dans lequel des régions de contact d'un premier type de 10 conductivité et ayant en coupe transversale une superficie prédéterminée sont établies avec une région semiconductrice environnante du type de conductivité' opposé, ladite région semiconductrice bloquant effectivement l'action d'étalement "des régions de contact de façon à régler leur résistance électrique à une valeur constan-15 te. l'invention pourra, de. toute façon, être mieux comprise en ce qui concerne aussi bien ses principes que ses modes de mise en oeuvre à l'aide du complément de description qui suit et du dessin ci-annexé, lesquels complément et dessin concernent diffé-20 rents modes de réalisation de l'invention choisis à titre d'exemples non limitatifs et sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication,, la fig. 1, de ce dessin, montre en coupe transversale et à une échelle agrandie une plaquetteseiaiconductrice à un des sta-25 des préliminaires des opérations de formation d'un dispositif semiconducteur. La fig, 2 représente la même plaquette semiconductrice que celle de la fig. 1 après certaines opérations qui*y ont été exécutées et parmi lesquelles figure la mise en oeuvre d'un prin-30 cipe de l'invention. la fig. 3, enfin, représente le dispositif complètement terminé après la mise en oeuvre d'autres principes de l'invention. Se référant à la fig. 1, on y trouve représenté un corps semiconducteur constituant une plaquette 1 telle qu'en silicium et 35 pouvant par exemple posséder une conductivité'du type N, laquelle plaquette peut servir à la mise en oeuvre d'un procédé pour la formation d'un transistor unijonction. Bien que l'invention puisse être illustrée par le mode de réalisation spécifique d'un transistor unijonction, il va sans dire que la portée de l'inven-40 tion n'est en aucune manière limitée à un tel modé de--réalisation BAD ORIGINAL 34680 3 2062989 particulier : au contraire, la portée de l'invention s'étend à tous dispositifs semiconducteurs réalisés conformément aux principes de l'invention -tels que définis au cours de la présente description; La plaquette semiconductrice 1 peut, selon les techniques normales planar, être pourvue d'un masque 2 d'oxyde comportant une ouverture 3 dans laquelle une région de contact 4 peut être formée par diffusion^ Dans le mode de réalisation particulier d'un 'transistor unijonction, ce contact peut aussi constituer une première région de base 4 en une substance semiconductrice de type de conductivité N+ pour un transistor unijonctions La désignation ÏT+ se réfère normalement à une substance semiconductrice de type ÏT hautement dopée, de très basse résistivité par comparaison à la substance semiconductrice 1 de type N normal. Une méthode commune de formation de régions de type N+ consiste à diffuser du phosphore jusque dans la plaquette semiconductrice 1 par mise en oeuvre de technique de transport de vapeur. Normalement, l'opération de diffusion du phosphore comporte deux stades, dont le premier est le dépôt effectif d'une certaine quantité et d'une certaine concentration prédéterminées de phosphore sur la plaquette semiconductrice 1 dans la région 3, et dont le second implique un entraînement du phosphore, ainsi déposé, jusque dans la masse de la plaquette semiconductrice jusqu'à une certaine profondeur désirée, habituellement par élévation de la "température de la Kgion0 C'est ce stade d'entraînement de l'opération de diffusion qui détermine la profondeur jusqu'à laquelle la région 4 de type H+ s'étend à l'intérieur de la plaquette semiconductrice 1, et par cons équent déteni ine aussi la résistance électrique résultante de la première région de base du transistor unijonction qu'il s'agit de former. Au cours de l'opération d'entraînement des atomes de phosphore et aussi quelques atomes de silicium s'oxydent, ce quisboutit à la, formation d'un revêtement d'oxyde 5 sur la région 3. Ceci a pour effet d'établir un masque d'oxyde sur la région 3, lequel masque se trouve ainsi associé au masque initial d'oxyde 2; Sur la fig. 2, le dispositif de la fig. 1 est représenté remasqué de façon à former une ouverture 6 pour le contact émetteur du transistor unijonction et une autre ouverture 7 qui encercle complètement la portion 5 du masque d'oxyde recouvrant la première région 4 de contact de base0 Après la formation du masque d'oxyde de façon à ménager les ouvertures 6 et 7, une matière BAD ORIGINAL 70 34680 4 2062989 semiconductrice de type p surdopée, qui peut être désignée par le symbole P+, est diffusée aut ravers des ouvertures 6 et 7 de façon à former respectivement les régions 8 et 9 de type P+; Bien qu'au cours de ce stade on puisse utiliser une matière de type P ordi-5 naire, on constate que les dispositifs résultants sont d'une qualité supérieure quand on se sert d'une matière P+. La diffusion de P+ est avantageusement réalisable par mise en oeuvre d'une technique de diffusion de bore analogue à la technique en deux stades pour la diffusion de phosphore ayant permis de constituer la ré-10 gion 4 de type N+0 La région 8 de type P+ constitue l'émetteur du transistor unijonction. La région 9 de type P+ est formée de façon telle qu'elle constitue un aine au ou un collier autour de la région 4 de type N+ et qu'elle soit effectivement contigtie à une portion de la région de contact 4. Ainsi qu'on le décrit plus en détail 15 ci-après, le collier 9 de type P+ empêche efficacement un étalement de la première région de contact de base 4 au cours du fonctionnement dulransistor unijonction,, Se référant maintenant à la fig. 3, on y trouve représenté le produit final comprenant le transistor unijonction de la 20 figo 2 sur lequel ont été mises en oeuvre des opérations additionnelles comprenant la réapplication d'un masque de façon à laisser subsister des ouvertures pour la formation d'un dépôt d'aluminium pour la constitution de contacts 10 et 11 respectivement sur l'émetteur 8 et sur la première région de base 4. De plus, un deuxième 25 contact de base 12 a été déposé sur pratiquement la totalité de la surface inférieure de la plaquette semiconductrice 1o Des conducteurs 13, 14 et 15 pour réaliser la connexion à un circuit extérieur (non représenté) sont représentés connectés respectivement aux contacts 10, 11 et 12 en aluminium» 30 Lors du fonctionnement du dispositif de la fig. 3, on peut constater que la première région de base 4 comprend une substance semiconductrice de type N+ tandis que la substance semiconductrice immédiatement voisine de la plaquette 1 est une substance de type N, C'est grâce à ce fait que, au cours du fonctionnement 35 électrique du dispositif, alors qu'une polarisation électrique se trouve habituellement appliquée sur la première région de base 4, la tendance de cette région à s'étendre jusque dans les régions adjacentes de la plaquettesemiconductrice 1 a le maximum de chances de se manifester. Au cours du fonctionnement, la matière 4 de type 40 N+ flue jusque dans la matière 1 de type N et la convertit en une bad original 70 34680 5 2062989 matière de type N+ de résistivité similaire, ce qui a pour effet d'agrandir la superficie totale en coupe transversale de la première région de base 4, et par conséquent de faire varier sa résistance électrique. Habituellement, la résistance électrique de 5 la première région de base 4 se trouvera abaissée par suite de cet effet d'étalement. diverses manières selon le type du dispositif semiconducteur dans lequel il intervient, dans l'exemple spécifique d'un "transistor 10 unijonction tel que représenté fig. 1 à 3, les effets nuisibles particuliers les plus apparents sont les effets sur le rapport intrinsèque d'écartement et sur la résistance électrique interbase du transistor unijonction. Ceci peut être perçu mathématiquement en se référant aux formules suivantes : Rg.| est la résistance électrique de la première région de base et fîB2 esi; "*"a r®sis'i;anc8 électrique de la deuxième région de base et Rg-g est la résistance électrique entre les deux régions de base. Normalement, dans un transistor unijonction, la valeur de est 25 considérablement plus élevée que celle de surtout en raison du fait que la superficie en coupe transversale de la première région de base est beaucoup plus petite que la superficie en coupe transversale du deuxième contact de base. On peut donc constater que pour de petites diminutions de la résistance électrique de la pre-30 mière région de base résultant de l'effet d'étalement, la valeur de r,| diminuera tout oomme la résistance interbase. On peutcfe jflxts souligner que l'on ne peut pas établir des dispositifs du type transistor unijonction dans lesquels cet effet d'étalement intervient et ayant de hautes valeurs de n ou de Rg-g qui sont quelquefois dé-35 sirables. Selon les principes de l'invention, la région 9 de type P+ en forme d'anneau entourant complètement une portion de la région de contact 4 bloque effectivement l'effet d'étalement du premier contact de base.aussi bien qu'elle minimise les effets super-40 ficiels, ce qui a pour effet de garantir le maintien à une valeur Bien que cet effet d'étalement puisse être nuisible de 15 %1 BAD ORIGINAL 70 34680 6 2062989 constante de la résistance électrique initialement choisie pour le premier oontact de "base 4o L'effet d'étalement est "bloqué parce que le oollier 9 de type P+ maintient une portion substantielle de la superficie autour de la région de contact 4 de type N+, le 5 type P empêchant ainsi cette zone de devenir une zone de type ïï de plus basse résistivité qui pourrait provoquer une augmentation de la superficie en coupe transversale de la région de contact 4 et diminuer ainsi la résistance électrique de B1 <> Toutefois, il ne faut pas perdre de vue que la mise en oeuvre et les avantages 10 de l'invention sont indépendants de toute théorie particulière imaginée pour expliquer les résultats améliorés ainsi atteints. Lors du fonctionnement du dispositif représenté fig. 3, on a constaté que la plaquette semiconductrice 1 en substance de type Nf le collier 9 de type P+ et la substance de type N+ peu-15 vent effectivement constituer un petit transistor à jonction KPN pouvant inopportunément affecter le fonctionnement du transistor unijonction; Ce fonctionnement perturbé peut, ainsi qu'on l'a découvert, être complètement éliminé en a grandissant l'ouverture ménagée dans le masque 2 d'oxyde où le contact 11 en aluminium 20 est déposé suffisamment pour que ce contact 11 recouvre à la fois la région 4 de type N+ et l'anneau 9 de type P+. Grâce à une telle extension de ce contact en aluminium, tout action transistor qui pourrait avoir tendance à intervenir en raison de la présence du collier 9 de type P+ se trouve coiirt-circuitée. 25 II convient de bien comprendre que, en dépit du fait que l'on a choisi à titre d'exemple une plaquette semiconductrice 1 en substance semiconductrice de type N dans le mode de réalisation particulier décrit ci-dessus, l'invention est d'une manière tout-à fait analogue applicable au cas où la plaquette semiconductrice 30 1 initiale est en une substance de type P et où la région de contact 4 est d'une manière, analogue en substance de type P ou P+. Dans ce cas, le collier 9 servant à bloquer l'action d'étalement selon l'invention peut être en une substance de type N ou N+o D'une manière analogue, il ne faut pas perdre de vue que, en 35 dépit du fait que le mode de réalisation utilisé pour illustrer l'invention ait été choisi comme correspondant à un transistor unijonction, la portée de l'invention n'est pas limitée à un tel dispositif. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà 40 de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de BAD ORIGINAL 70 34680 7 2062989 ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variant es. 7.0 34680 8 2062989 REVENDICATIONS 1. Dispositif semiconducteur caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement : un corps semiconducteur d'un premier type de conductivité j une première région semiconductrice, dans 5 ledit corps semiconducteur, ayant en coupe transversale une superficie prédéterminée, ladite première région semiconductrice était d'un type de conductivité analogue à celui dudit corps semiconducteur mais ayant une plus faible résistivité que le œ s te dudit corps semiconducteur ; une deuxième région semiconductrice, dans 10 ledit corps , d'un type de conductivité opposé au type de conductivité de la première région, ladite cfeuxième région entourant, et étant contigtte à, une portion de ladite première région afin de maintenir essentiellement constante la superficie en ooupe transversale de ladite première région par -un blocage de l'étalement 15 de cette première région pendant le fonctionnement dudit dispositif semiconducteur ? et une électrode métallique de contact en contact direct avec une portion de chacune des susdites première et deuxième régions semiconductrices,, 2, Dispositif semiconducteur selon la revendication 1, 20 caractérisé en ce que la deuxième région semiconductrice affecte la forme d'un collier; 3; Dispositif semiconducteur du type transistor unijonction caractérisé en œ qu'il comprend essentiellement : un corps semiconducteur d'un premier type de conductivité et comportant une 25 face supérieure et une face inférieure mutuellement parallèles, ledit corps comprenait une deuxième région de base dudit transistor unijonction ; une première région semiconductrice, dans la face supérieure dudit corps semiconducteur, ayant en coupe transversale une superficie prédéterminée et étant d'un type de conductivité 30 analogue à celui dudit corps semiconducteur mais possédant une résistivité plus faible que celle du reste dudit corps semiconducteur et constituant une première région de base dudit transistor unijonction ; une deuxième région semiconductrice, dans la face supérieure dudit corps, ayant un type de conductivité opposé à ce-35 lui de ladite première région semiconductrice, ladite deuxième région entourant, et étant contigtie à, une portion de ladite première région semiconductrice afin de maintenir essentiellement constante la superficie en coupe transversale de ladite première région par un blocage de l'étalement de ladite première région 40 semiconductrice pendant le fonctionnement dudit transistor unijonc 70 34680 9 2062989 tion ; une région émetteur dudit transistor unijonction dans la surface supérieure dudit corps, cette région émetteur étant d'un type de conductivité opposé à celui dudit corps ; une première électrode métallique en contact direct avec ladite région émetteur 5 une deuxième électrode métallique en contact direct avec ledit corps semiconducteur sur sa surface inférieure afin de constituer une deuxième électrode de 1 ase pour ledit transistor unijonction ; et une troisième électrode métallique en contact diréct avec ladite première région de base pour constituer une première électrode de 10 base. 4. Dispositif semiconducteur du type transistor unijonction selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite troisième électrode est en contact direct avec une portion de chacune des susdites première et deuxième régions semiconductrices.