Brevet FR2098387A1 — publié le 19720310

2(5 98387 La présente invention se rapporte aux dispositifs semiconducteurs et concerne plus particulièrement les transistors de puissance. Les caractéristiques de fonctionnement des transistors 5 conçus pour des puissances relativement élevées ont été limitées par un phénomène gênant connu sous le nom le "claquage secondaire Le ciacuags secondaire est une situation qui se présente lorsque des tensions élevées existent entre le collecteur et l'émetteur, auquel cas, le courant d'émetteur se concentre dans 10 certaines régions localisées de l'émetteur, produisant un sur-ch.au ffement local qui se traduit souvent par de graves détériorations sinon par une destruction complète du transistor. Des améliorations considérables ont été apportées aux caractéristiques de claquage secondaire des transistors de puis-15 sance dans les dispositifs de la technique antérieure en augmentant le rapport numérique entre la circonférence de l'émetteur et l'aire de la base afin d'améliorer les propriétés de dissipation de la chaleur interne du dispositif. En conséquence, un certain nombre de configurations ont été adoptées pour réaliser 20 des émetteurs ayant une périphérie relativement grande. Une autre amélioration pour remédier au phénomène de clacuage secondaire a été réalisée en utilisant une résistance ballast en série avec des parties discrètes de l'émetteur afin de limiter 1'intensité maximale du courant pouvant circuler en-25 tre le contact d'émetteur et la jonction émetteur-base. Toutefois, les techniques antérieures sont relativement compliquées et ne peuvent pas être utilisées sur tous les modèles de transistors. En conséquence, d'autres techniques sont nécessaires pour conférer aux transistors de puissance les carac-30 téristiques de claquage second"ire satisfaisantes. La présente invention a pour objet un transistor de puissance formé d-sns un corps semi-conducteur ayant deux faces principales opposées. Ce transistor comporte une région de collecteur voisine d'une première face et une région de case ay-nt 35 mie résistivité uniforme près de la région de collecteur, une partie de la région de base s'étendent à la seconde des deux faces du corps. Au moins deux régions d'émetteur s'étendent dans COPY 71 2541$ 2 20 9à387 la région de base, à partir de la seconde face. Un revêtement isolant couvre la seconde face ; ce revêtement présente une fente entourant toutes les régions d'émetteur et découvrant une partie de la région de base située à la seconde surface. Une 5 couche conductrice est dispesée dans la fente et établit un contact avec la région de base, à la seconde surface. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, acnnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, en référence au dessin 10 annexé, dans lequel : - la Fig. 1 est une vue en plan d'un transistor de puissance conforme à l'invention ; les clips de base et d'émetteur étant enlevés. - la Pig. 2 est une vue en coupe du. transistor de la 15 Fig. 1 ; - la Fig. 3 est une vue en plan d'un mode de réalisation préféré de l'invention, le clips de connexion de base et la plaquette de connexion d'émetteur étant enlevés ; et, - la Fig. 4 est une coupe du transistor de la Fig. 3-20 On va décrire maintenant un mode de réalisation de l'invention en se référant aux Fig. 1 et 2. Le transistor représenté qui est désigné en son entier par 10, est formé dans un corps semi-conducteur 12 ayant une grande face supérieure 14 et inférieure 16. De préférence, le corps semi-conducteur 12 est 25 en silicium. Le transistor 10 peut être un dispositif n-p-n ou p-n-p ; toutefois, un dispositif n-p-n sera décrit ici et est représenté sur le dessin. Le transistor 10 comporte une région de collecteur n 18 formée dans le corps 12, près de la face inférieure 15. 50 Gomme représenté sur la Fig. 2, la région de collecteur 18 comprend un substrat n+ 2C adjacent à la face inférieure 16 et une couche n 22 adjacente au substrat n+. Une région de base p 24 ayant -une rl-sistivito uniforme est formée dans le corps semiconducteur 12 près de la couche de collecteur n 22, formant 35 ainsi une jonction p-n base-collecteur :6 entre eux. Une partie de la région de base 24 s'élève vers la face supérieure 14. La résistivité de la région de base n'est pas critique ; c'est COPY 71 25419 3 20 98387 ainsi, par exemple, Jeu;; rû^ionp J.'é -.etteur n 28 3 ' 4c-ji:der.fc d-'-ns la rr- .V-? i S0 X*"î3Xi* 'Ji~è J_*3, ^C J.. - ^Ji^0 C'i«- vÂO — ôior. formant une Jonction p-n ér.etteur-oasa evec celle-ci. Le.; ririons 1' é::e~teur 2c reuve.it -rendre l'une des nor'breuôao fo:*"es courant, ent ador têec ecur coni c a; ict ricfciqu?s à la périphérie de 11 ae-uteur. isuTtc régions i' tueur carrées, cont:;e celles représentées sur les J'ig. 1 et 2 sont préférables. in revêterent isolant 32, par exemple, en bioxyié de siliciur.:, couvre la fcce supérieure 14. Le revêtement 32 est percé de deux ouvertures 34 dont chacune découvre .une partie de 11 ne des régions d'émetteur 28 à la face supérieure 14. Le revêtement isol-nt 32 présente, en outre, 'une fente 33 rai entoure les itux régions d'énetteur 28 et pai découvre une partie de la région de t--.se 24 à la face supérieure 14. De préférence, cette fente est équidistante des trois bords extérieurs de chaque région d'émetteur 2c. Une couche conductrice 38, par exemple en on métal approprié, est disposée sur une partie du revêter.ent 32 et à travers la fente 33 pour venir au contact de la région " ie base 24 à le face supérieure "14. Une partie de la couche conductrice 38 s'éc"rte des régions d'émetteur 28 et s'étend au-dessus du revêtement 32 pour produire une cosse de connexion de base 40. Un contact d'émetteur 42 est disposé dnns chaque ouverture 34 au contact de chaque région d'émetteur 28 à la fece supérieure 14. CoET.e le ruontre la iPig. 2, un clips néollique rigide est suspendu su-dessus de la face supérieure 14 et constitue un no.ven tour coar. acter les contacts d'é'rettear t-2 à ie.-. circuits ■-> :*r :. le o] i r i- r ïor.vorte une saillie date l- ï v.;i .t ' ub.v.io-s~- :• i .a. f- ce in f. -*! ;ure i-8. la :c"illi-3 43 o.co ....iz-.iz ru- aùa ;e r i ; :-r3';.n;c"er chaque contact i' ér.ett eur 42 au r.oren d'une sculure (non-référeacie) frite sur le dessus de chaque contact d'émetteur. Un clips de connexion de base 30 est soudé à la Drtte 40 et relie la région de. base 24 aux circuits externes. BAD ORIGINAL COPY 71 2S419 4- 20 98387 Le transistor 10 peut être produit par des techniques de fabrication universellement connues, qui ne seront pas décrites ici. Le problème du claquage secondaire des dispositifs de 5 la technique antérieure et la manière dont le transistor 10 résout ce problème en utilisant des résistances ballast de base ne seront également décrits. Quand le transistor opère avec des tensions collecteur-émetteur ( V ) élevées et sous de faibles intensités de courante C 6 10 de collecteur ( I ) le courant d'émetteur ( I ) a tendance à v " se concentrer dans des aires locales de la région d'émetteur dans les dispositifs de la technique antérieure. Il en résulte une distribution non-uniforme du courant dans la région d'émetteur, ce qui se traduit par un échauffement localisé des points 15 qui sont parcourus par le courant d'émetteur le plus intense. Cette distribution thermique irrégulière nuit à la stabilité du dispositif et, en fin de compte, conduit à un claquage secondaire . Le transistor 10 décrit ci-dessus limite la non-uni-20 formité du courant d'émetteur et de la distribution thermique de la manière suivante : du fait que la région de base 24 a une résistivité uniforme, les bords extérieurs de chaque jonction base-émetteur 30 qui sont lés plus proches de la couche conductrice de base 38 sont plus fortement polarisés que les bords 25 intérieurs de chaque jonction base-émetteur. Les paramètres réels de cette polarisation sont déterminés, en partie, par la distance entre un point donné de la jonction base-émetteur et le contact de base et par la résistivité de la région de base. Du fait de cette différence dans la polarisation contrôlée de 30 chaque point, le long de la jonction b 71 25419 5 20 98S87 Un mode de réalisation préféré de la présente invention est représenté sur les Fig. 3 et 4-. Le transistor 60 qui sera décrit comme étant un dispositif n-p-n, est formé dans un corps semi-conducteur 62 ayant deux grandes faces opposées 64-5 et 66. De préférence, la face supérieure 64- est sensiblement carrée. Le transistor 60 comporte une région de collecteur de type n 68 près de sa face inférieure 66. Comme le montre la Fig. 4, la région de collecteur comprend un substrat n+70 et une couche n 72 adjacente au substrat n+. Une région de base 10 p 74-, ayant une résistivité uniforme est disposée dans le corps semi-conducteur près de la couche de collecteur n 72, formant ainsi une jonction p-n 76. Une partie de la région de base 74-s ' étend à la face supérieure 64-, Un certain nombre de sites d'émetteur, par exemple, 15 huit sites d'émetteur 78-85 sont disposés autour de la partie extérieure de la face supérieure 64-. De préférence, quatre des sites d'émetteur 78, 80, 82 et 84- sont placés aux coins de la face supérieure 64-, les quatre sites restants 79, 81, 85 et 85 étant disposés respectivement entre deux sites d'angle. 20 Chacun des sites d'émetteur 78-85 possède quatre régions d'émetteur discrètes 86-89 qui s'étendent dans la région de base 74- à partir de la face supérieure 64- en formant une jonction p-n non-référencée entre chaque région d'émetteur et la région de base. La forme des régions d'émetteur 86-89 n'est pas cri-25 tique ; toutefois, une forme carrée est préférable à la face supérieure 64-. Un revêtement isolant 92 couvre la face supérieure 64-. Le revêtement 92 présente un certain nombre d'ouvertures dont chacune découvre une partie de l'une des régions d'émet-50 teur 86-89 à la face supérieure 64-, Deux des ouvertures situées aux sites d'émetteur 81 et 85 ont été désignées respectivement par 94- et 96 et sont représentées en coupe sur la Fig. 4. Les deux ouvertures 94- et 96 découvrent une partie des deux régions d'émetteur 88 et 89. Le revêtement isolant 92 présente aussi 55 une fente 98 qui entoure chaque site d'émetteur 78-85 et découvre une partie de la région de base 74- à la face supérieure 54-. De préférence, cette fente est équidistante des deux bords 71 2S419 6 20 98387 extérieurs de chaque région d'émetteur 86-89 à chaque site 78-85. Une couche conductrice 100 est disposée sur une partie du revêtement 92 et traverse la fente 98 pour venir au contact de la région de "base 74- à la face supérieure 64-. Une partie de la couche 100 s'étend aussi au-dessus du revêtement 92, au centre de la face supérieure 64, afin de produire une patte de connexion de base 102. Un contact d'émetteur 104 est disposé dans chaque ouverture, par exemple, dans les ouvertures 94-et 96, pour établir un,contact avec les régions d'émetteur 86-89 à la face supérieure 64. Une plaquette de connexion rigide 106 est suspendue au-dessus de la face supérieure 64 afin de connecter toutes les régions d'émetteur 86-89 à des circuits externes. La plaquette 106 comporte huit saillies plates 108, dont deux sont représentées sur la Fig. 4 qui s'abaissent de sa face inférieure 110. Chaque saillie 108 relie ensemble les quatre contacts d'émetteur 104 des régions d'émetteur 86-89 de chacun des sites d'émetteur 78-85. La plaquette d'émetteur 106 est, de préférence, constituée par un métal ayant un coefficient de dilatation thermique très voisin de celui du corps semiconducteur 62. Quand le corps semi-conducteur 62 est en silicium, la plaquette d'émetteur 102 est, avantageusement, constituée par un alliage comprenant essentiellement, en poids, 36 à 42 % de nickel, le reste étant du fer. La plaquette d'émetteur 106 est percée d'une ouverture centrale 112 au-dessus de la patte de connexion 102. Un clips métallique de connexion de base 114 s'étend à travers l'ouverture centrale et relie la région de base 74- aux circuits externes. Le transistor 60 permet d'obtenir de bonnes propriétés de claquage secondaire, de la même manière que le transistor 10 des Fig. 1 et 2, du fait qu'une partie 116 de chaque région d'émetteur 86-89 est polarisée pendant le fonctionnement. De-plus, l'interconnexion des quatre régions d'émetteur 86-89 à chacun des sites d'émetteur 78-85 par l'une des saillies 108 tend à égaliser la distribution thermique à chaque site d'émetteur. 71 25419 7 20 98387 REVENDICATIONS : 1. Transistor caractérisé en ce qu'il comprend un corps semi-conducteur ayant deux grandes faces opposées ; une région de collecteur dans ce corps, près d'une première desdites faces; 5 une région de base ayant une résistivité uniforme dans ledit corps, près de ladite région de collecteur, une partie de cette région de base s'étendant à la seconde desdites faces; au moins deux régions d'émetteur s'étendant dans ladite région de base, à partir de la seconde face; un revêtement isolant couvrant la 10 seconde face, ledit revêtement présentant une fente'qui découvre une partie de ladite région de base à cette seconde face et qui entoure toutes les régions d'émetteur; et une couche conductrice disposée dans ladite fénte et venant au contact de ladite région de base. 15 2. Transistor selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite fente est équidistante des bords extérieurs de toutes les régions d'émetteur. 3. Transistor selon la revendication 2 caractérisé en ce que ledit revêtement isolant présente un certain nombre 20 d'ouvertures dont chacune découvre une partie de l'une desdites régions d'émetteur à ladite seconde face; un contact d'émetteur disposé dans chacune desdites ouvertures et des moyens pour interconnecter tous ces contacts d'émetteur. 4-, Transistor selon la revendication 3 caractérisé en 25 ce que les moyens d'interconnexion comprennent un clips métallique rigide suspendu au-dessus de la seconde face, ce clips ayant une saillie s'étendant d'une de ses surfaces qui est reliée à tous les contacts d'émetteur. 5. Transistor selon la revendication 1 caractérisé en 30 ce qu'il comprend un certain nombre de sites d'émetteur disposés autour de la partie extérieure de ladite seconde face, chaque site -:y:.;nt quatre régions à' sretueur discrètes s 1 é-mlant dans ladite région le base, ledit revêtement entour----.it ciacun desdits sites. 55 5. Transistor selon la revendication 5 caractérisé en ce que ledit revêtement isolant présente un certain nombre d'ouvertures dont chacune découvre l'une desdites régions d'énet- 71 25419 8 20 $8387 teur à ladite seconde face; un contact d'émetteur disposé dans chacune desdites ouvertures; une plaquette de connexion rigide suspendue au-dessus de cette seconde face et qui est percée l'une ouverture centrale, cette plaque ayant un certain nombre le s illies s'étendant de l'une de ses faces, chaque saillie interconnectant les quatre contacts d'émetteur de l'un desdits sites d'émetteur; et un clips de connexion de base s'éterid'-ht à travers ladite ouverture centrale et qui est connecté à une partie de ladite couche conductrice de base qui est disposée eu-dessus dudit revêtement isolant. 7. transistor selon la revendication 6 caractérisé en ce que la plaquette de connexion de base est constituée par un métal dont le coefficient de dilatation thermique est très voisin de celui dudit corps semi-conducteur. 8. Transistor selon la revendication 7 caractérisé en ce que ladite seconde face est sensiblement carrée et en ce que huit sites d'émetteur sont prévus, quatre de ces sites étant placés aux coins de ladite face, tandis que les quatre autres sont disposés respectivement entre deux sites d'angle.