Brevet FR2063056A1 — publié le 19710702

i 2063056 La présente invention concerne une structure de transistor présentant une caractéristique particulièrement plate, du gain en courant pour les grands signaux et concerne également un procédé de fabrication de cette structure de transistor. L'utilisation des transistors dans des amplificateurs de haute qualité dans 5 des instruments de mesure ou similaires, est fréquemment très réduite parce que la gamme de commande linéaire de ces dispositifs est trop petite pour les applications .envisagées. Dans de nombreux transistors, la gamme de courant du collecteur, pour un gain de courant virtuellement constant pour des grands signaux, s'élève seulement à une ou deux puissances de dix. Dans certains cas, des circuits 10 plutôt onéreux sont nécessaires pour éliminer ces inconvénients. La présente invention est, en conséquence, basée sur le problème de linéariser dans les transistors, le gain de courant pour des grands signaux, en fonction du . courant collecteur, pour un prix de revient le plus faible possible. Cela a déjà été tenté. 15 Dans la Revue "Proceedings of the IRE", de mai 1955, pages 551 à 559, FLETCHER publiait des propositions'pour l'optimisation des structures de transistors, en particulier pour des transistors de puissance. De plus, des structures d'émetteur particulières, par exemple ce qui est appelé "la structure en forme de peigne" ont été développées, ce qui engendre 20 souvent, à partir d'une fréquence de coupure accrue, une caractéristique de gain de courant linéarisée pour de grands signaux. Une autre proposition pour réaliser une structure de transistor de puissance avec un gain de courant constant sur une large gamme du courant collecteur, est décrite dans le brevet Allemand n° 1 816 25 Dans tous ces circuits, les mesures, pour autant qu'elles soient faites, ont conduit seulement à la linéarisation du gain de courant pour des grands signaux sur une gamme de courant collecteur d'environ deux ordres d'amplitude,,si pour les limites de la gamme le gain peut chuter jusqu'à 70$. La présente invention propose un moyen d'obtenir le but indiqué ci-dessus 30 pour une faible partie. En conséquence, l'invention concerne une structure de transistor présentant une caractéristique particulièrement plate du gain de cou- • . rant, pour des grands signaux sur une grande gamme de courant collecteur. C'est en conséquence, l'objet de la présente invention de trouver un circuit particulièrement avantageux en ce qui concerne la linéarité du gain de courant pour des 35 grands signaux. Selon l'invention, ceci est réalisé par une structure de transistor qui comporte un transistor latéral et un transistor normal, qui sont montés en parallèle, dans un corps semiconducteur commun. Le transistor normal peut être un transistor planaire. Des réalisations préférées de l'invention sont caractérisées en ce que 40 les régions d1 émetteur, de base et de collecteur du transistor latéral sont faites 70 35116 2 2063056 d'une manière telle qu'elles constituent une zone commune avec les régions correspondantes du transistor normal, et en ce que le transistor latéral entoure le transistor normal selon une configuration en forme de cadre. De plus, l'invention concerne des procédés de fabrication de structure de transistor de ce genre. 5 Par suite de la présence des transistors latéraux, on conçoit que dans ces transistors bipolaires l'écoulement des porteurs minoritaires s'effectUE parallèlement à la surface du transistor, tandis que dans les transistors normaux l'écoulement des porteurs minoritaires s'effectue perpendiculairement à la surface principale du transistor. 10 Les avantages de la présente invention résident, d'une part dans un gain de / courant élevé, sur une gamme de courant collecteur particulièrement large, et, d'autre part, dans un procédé de fabrication relativement économique qui est en relation très proche avec la technique planaire. Par la présente invention, par exemple, les transistors de commutation et les transistors de puissance sont 15 améliorés sans augmentation appréciable du prix de fabrication. En outre, le gain de courant élevé pour des courants collecteurs faibles et moyens, dans un fonctionnement inverse, est d'importance particulière pour certaines applications . D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description 20 détaillée ci-dessous. Bien entendu la description et le dessin ne sont donnés qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. La figure 1 est une vue de dessus d'une structure de transistor, selon l'invention. La figure 2 est une vue partielle, en coupe, de la structure de transistor 25 de la figure 1. La figure 3 illustre la caractéristique du gain de courant pour des grands signaux, dans un fonctionnement normal et dans un fonctionnement inverse, en fonction du courant collecteur, pour une structure de transistor fabriquée selon la présente invention. 30 Tel que cela est représenté sur les figures 1 et 2 : - la référence 1 désigne la région de base du transistor normal ; - la référence l' désigne le masque de diffusion en forme de cadre, pour la formation d'une fenêtre de contact -de base ; - la référence 2 désigne le masque de diffusion en forme de cadre ; 35 - la référence 2' désigne le masque de diffusion de forme sinueuse j - la référence 3 désigne l'émetteur 1 - la référence 4 désigne la région de collecteur du transistor latéral ; - la référence 4' désigne la région de collecteur du transistor normal j -- la référence 5 désigne la région de base du transistor latéral ; 40 - la référence 6 désigne le masque de diffusion en forme de pont. 70 35116 3 2063056 Les masques l1, 2, 2' et 6, qui dans l'exemple considéré, sont donnés séparément dans un but de clarté, sont habituellement réalisés dans un seul masque de diffusion. Les figures 1 et 2 représentent un exemple de réalisation préféré de la pré-5 sente invention. C'est un transistor du type planaire-, dans lequel, en utilisant un masque 2' de diffusion de forme sinueuse, on obtient une division avantageuse . de la surface en une région d'émetteur 3 et une région de base 1 du transistor normal. Autour de ce transistor, le transistor latéral est monté selon -une configuration en forme de cadre. Ce montage résulte du masque de diffusion semblable 2, 10 en forme de cadre. La base 1 du transistor normal est insérée dans un corps semiconducteur. Elle est entourée par une couche qui forme la connexion entre le collecteur 4' du transistor normal et le collecteur 4 du transistor latéral. Etant donné que le collecteur 4 du transistor latéral est formé simultanément par la diffusion 15 d'émetteur il est très fortement dopé. Ceci compte pour un gain de courant élevé en fonctionnement inverse. L'épaisseur de la base 5 du transistor latéral résulte de la largeur du masque de diffusion 2 en forme de cadre, et des conditions de diffusion. Elle est plus faible que l'épaisseur de la base du transistor normal. 20 L'expérience a montré que le contactage en forme de point de la base en un simple endroit est suffisante pour un fonctionnement satisfaisant. La connexion étroite en forme de pont, entre les régions de base du transistor latéral et du transistor normal, est également suffisante. Un échantillon fabriqué avec cette structure a présenté seulement une faible variation du gain de courant, pour 2^ des grands signaux, dans la gamme de courant collecteur allant de lOOnA à 100mA. Le procédé de fabrication de ces transistors correspond à la technique planaire et, en conséquence, est .relativement simple. On peut procéder à la fois à partir d'une plaquette semiconductrice homogène, par exemple en silicium conducteur de type H, et à partir d'une plaquette comportant une couche épitaxiale 30 déposée additiormellement sur la surface. Par une première diffusion, une région de base conductrice du type P, en forme de tube, est diffusée dans ces plaquettes. Ensuite, un masque de diffusion 2', par exemple de forme sinueuse, et un masque de diffusion 2, en forme de cadre entourant 2', est engendré sur la région de base. La liaison des"deux masques forme un masque de diffusion 6 en forme de pont. En 35 outre, un masque de diffusion l' petit, en forme de cadre, est joint à un côté du masque de diffusion 2' de forme sinueuse, et forme la fenêtre de contact de base. Ensuite, au cours de la diffusion suivante, les émetteurs 3 du transistor normal et du transistor latéral et le collecteur 4 du transistor latéral, peuvent être formés en une seule opération. Par cette diffusion les conditions de 40 diffusion doivent être choisies de telle sorte que l'on obtienne l'épaisseur BAD ORIGNAL 70 55116 4 2063056 d'émetteur souhaitée. Etant donné qu'en même temps les fronts de diffusion, avançant sous le masque de diffusion 2 en forme de cadre, règlent l'épaisseur de la base du transistor normal, la largeur de la bande du masque de diffusion en forme de cadre 2 doit être choisie en conséquence. Les autres opérations du 5 processus, telles que la mise on contact, la division de la plaquette en composants individuels, la fixation des conducteurs, correspondent à des opérations habituelles dans la technique planaire-. Ainsi, quand on la compare à la fabrication d'un transistor planaire normal, un seul changement de la géométrie du masque,et-,si nécessaire un léger agrandis-10 sement du "moule" du transistor est nécessaire. De cette manière, on s'assure que la structure du transistor selon la présente invention peut être fabriquée par un procédé cornu, non onéreux et bien éprouvé. Toutefois, la présente invention n'est pas réduite à la structure de transistor représentée, et il est également dans l'esprit de la présente invention d'uti-15 liser, par exemple, un transistor hometaxial au lieu de, par exemple, deux transistors planaires. Il est également dans l'esprit de la présente invention de fabriquer l'émetteur 3 du transistor normal, par exemple au moyen d'une structure en forme de peigne plutôt que d'une structure sinueuse, ou bien de faire la mise en contact au moyen de conducteurs par un dépôt "panaché" de couches pro-20 tectrices et isolantes. Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec un exemple particulier de réalisation, on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. 70 35116 2063056 P REVENDICATIONS 1. Structure de transistor présentant une caractéristique particulièrement plate du gain de courant, pour des grands signaux, sur une grande gamme de courant collecteur, caractérisée en ce que la structure est constituée par un transistor normal et un transistor latéral montés en parallèle, dans un corps semiconducteur commun. 2. Structure de transistor, selon la revendication 1, caractérisée en ce que*le transistor normal est un transistor planaire. 3. Structure de transistor, selon la revendication 1, caractérisée en ce que les régions d'émetteur, de base et de collecteur du transistor latéral sont faites d'une manière telle qu'elles constituent une zone commune avec les régions correspondantes du transistor normal. K. Structure de transistor selon la revendication 1, caractérisée en ce que le transistor latéral entoure le transistor normal, selon une configuration en forme de cadre, et présente une largeur de base plus faible que celle du transistor normal. 5. Procédé de fabrication d'une structure de transistor, selon la revendication 1, caractérisé en ce que la région d'émetteur et la région de collecteur du transistor latéral sont diffusées en une seule opération. 6. Procédé de fabrication, selon la revendication 5, caractérisé en ce que la région d'émetteur du transistor normal et les régions d'émetteur et de collecteur du transistor latéral sont diffusées en une seule opération. 7. Procédé de fabrication, selon la revendication 5, caractérisé en ce que pour la diffusion de la région d'émetteur et la région de collecteur du transistor latéral, la technique planaire est appliquée en connexion avec un masque de diffusion en forme de cadre. 8. Procédé de fabrication selon la revendication 5, caractérisé en ce que la région d'émetteur du transistor normal est diffusée à travers un masque de diffusion de forme sinueuse. 9. Procédé de fabrication, selon la revendication 7, caractérisé en ce que la largeur du pont du masque de diffusion en forme de cadre est choisie de telle sorte que, avec les largeurs d'émetteur habituellement utilisées pour les transistors planaires, et les températures de diffusion et les durées de diffusion usuelles, l'épaisseur souhaitée de la base pour le transistor latéral est obtenue. 10. Procédé de fabrication, selon la revendication 5, caractérisé en ce que : - comme première opération de diffusion une région de base dopée, du type P, en forme de tube, est diffusée dans un corps semiconducteur en silicium conducteur, du type N ; - on dépose ensuite, sur la surface de la base, un masque de diffusion de forme 70 35116 2063056 6 sinueuse, un masque de diffusion en forme de cadre entourant le masque de diffusion de forme sinueuse, et un troisième masque de diffusion déterminant la zone de contact de base, et formant la liaison entre les deux; premiers masques ; - dans une autre opération de diffusion, des régions dopées de type H sont formées à la surface du semiconducteur. •