Brevet FR2118889A1 — publié le 19720804

La présente invention se rapporte , d'une manière générale , à des dispositifs semiconducteurs et concerne plus particulièrement fies transistors • La technique planar est largement utilisée pour la' 5 fabrication des transistors • Dans cette technique , une région de "base est diffusée dans l'une des surfaces d'un corps de collecteur et une région d'émetteur est diffusée dans cette région de hase . Les jonctions p-n entre la région de hase et le collecteur et entre l'émetteur et les régions de hase présentent toutes 10 une certaine courbure radiale et s'étendent à l'une des surfaces du corps semiconducteur « L'ûn des principaux inconvénients des transistors planar est ce qu'il est convenu d'appeler " l'effet radial Cette expression désigne la tendance des jonctions hase-collecteur 15 plansr de " claquer " plus facilement à la courbure radiale qu'à leur partie centrale . Une solution proposée à ce problème a consisté à utiliser une région hautement conductrice et profonde autour de la région de hase et qui coupe la courbure radiale de la jonction,, -20 Cette région à haute conduction constitue ce qu'on appelle couramment " une bague de garde " . Cette bague de garde présente un rayon relativement grand et permet au transistor de supporter une couche dépeuplée plus grande à la courbure radiale qu'au centre de la région de base afin de prévenir un claquage prématu-25 ré à cette courbure . Toutefois, pour obtenir ce résultat, il faut que la bague de garde s'étende nettement au-delà de la jonction base-colleeteur , ce qui impose l'utilisation de collecteurs plus épais pour supporter les mêmes niveaux de tension . Or, l'utilisation de collecteurs plus épais a pour résultat d'affecter la 30 courbe de réponse en fréquence du transistor , puisque cette courbe est inversement proportionnelle à l'épaisseur du collecteur • La présente invention a pour objet un transistor formé dans un corps semi-conducteur ayant un certain mode de conduction et qui présente une surface . Une première région , ayant 351e mode de conduction opposé s'étend dans ce corps à partir de cette surface et forme une jonction p-n planar avec lui • Cette jonction présente une certaine courbure radiale et s'étend à la surface . Une troisième région , ayant le mode de conduction op 71 33691 2 2118889 i posé» s'étend dans le corps à partir de la surface jusqu'à , au moins , approximativement la première jonction p-n . Dans un mode de réalisation , celle-ci est une région annulaire qui coupe la courbure radiale , entoure la première région et qui 5 a une grande résistance par rapport à cette région . D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre , donnée uniquement à titre d'exemple mollement limitatif , en référence au dessin annexé, dans lequel : 10 la J?ig.1 est une coupe schématique d'un transistor conforme à la techni que antérieure ; la Fig.2 est line coupe analogue d'un mode de réalisation préféré de 1 * invention ; la 3?ig. 3 est une coupe d'une variante de réalisation de 15 l'invention ; et la Fig.4- est une vue en coupe d'un transistor overlay conforme à l'invention . En se référant à la Fig.1, on voit un transistor conforme à la technique antérieure qui a été conçu pour 20 diminuer " l'effet radial " . Ce transistor , désigné en son entier par 2, se compose d'un corps semiconducteur 3 ayant une surface supérieure 4- . Aux fins de la description seulement , le transistor 2 a été représenté comme étant du type n-p-n . Le transistor 2 comporte un corps de type n 25 ayant un substrat n+ 5a et une région de collecteur n-5b, une région de base 6 de type p étant diffusée dans la région de collecteur 5t> à partir de la surface 4- , formant ainsi une jonction base-collecteur planar 7 • Une région d'émetteur n 9 est diffusée dans la région de base 6, à partir de la surface 4 • 30 Une région p+ 8 s'étend dans le corps 5 à travers la courbure radiale de la jonction 7 et entoure la région de base p 6 . Cette région p+ est généralement appelée " bague de garde " comme il a été expliqué ci-dessus . Pour que la bague de gaxde 8 puisse supporter une couciie dépeuplée plus grande et puisse 35 réduire l'effet radial , il faut que cette région p+ 8 s'étende dans le corps 5 du collecteur nettement au-delà de la jonction base-collecteur 7 • On conçoit que pour remplir cette condition, le transistor 2 exige une région de collecteur 5b relativement épaisse afin de présenter une tension de claquage suffisante. 71 33691 3 2118889 • Un transistor conforme à la présente invention est représenté sur la Fig.2 où il est désigné en son entier par 10. Le transistor 10 peut être du type n-p-n ou p-n-p , mais un dispositif n-p-n a été représenté aur la 3Tig.2 et sera décrit 5 en se référant à celle-ci . Ainsi , dans cet exemple , le transistor 10 comporte un corps semiconducteur n 12, par exemple , de silicium qui sert de collecteur . Le corps 12 comporte un substrat n+ 11 fortement conducteur et une région de collecteur résistante 13 > et présente respectivement des faces supérieure 10 14- et inférieure 16 . Les dimensions , la forme et la conducti-vité du corps 12 ne sont pas critiques , en ce qui concerne l'invention , mais , à titre d'exemple , le substrat 11 peut avoir une épaisseur d'environ 125/U , tandis que la région de collecteur 13 peut avoir une épaisseur d'environ 5/u • ^ne cou-15 cbe isolante 15 > par exemple , de bioxyde de silicium , est disposée sur la surface supérieure 14 . Une région de base p 22 s'étend dans la région de collecteur 13 » à partir de la surface supérieure 14- et forme une jonction planar base-collecteur 21 entre elles . La jonc-20 tion 21 présente une courbure radiale 23 et s'étend à la surface 14- . Une région p-24- , faisant fonction de 11 bague de garde " , s'étend dans la région de collecteur 13 au moins jusqu'à la jonction base-collecteur 21 . Cette région 24- coupe la courbure radiale 23 et entoure la région de base 22 par rapport à laquel-25 le elle présente une grande résistance o II faut que la région 24- de la bague de garde s'étende , au moins , approximativement jusqu'à la jonction base-collecteur 21 pour réduire l'effet radial de la manière désirée . On a constaté qu'une diminution de l'effet radial n'est pas obtenue lorsque la bague de garde 24-30 s'étend dans le corps 12 sur une distance inférieure à 50 % de l'espacement entre la surface supérieure 14- et la jonction base- . collecteur 21 . En conséquence , l'expression " au moins jus-qu'approximativement " entend spécifier que la région 24- de la bague de garde s'étend dans la région de collecteur 13 et coupe 35 la courbure radiale 23 à une profondeur qui est au moins égale à 50 % de la profondeur de la jonction base-collecteur 21 et, de préférence , la région 24- coupe la courbure radiale à une profondeur qui n'est pas inférieure à 75 % de la profondeur de cette jonction 21 . De plis , la région 24- formant la bague 71 33691 4 2118889 de garde peut s'étendre au-delà de la jonction base—collecteur 21 tout en réalisant la réduction désirée de l'effet radial . Toutefois , pour obtenir un corps de collecteur 12 relativement mince, il est préférable que la bague de garde à haute résis-5 tance ne s'étende pas beaucoup au-delà de la jonction base- collecteur 21 . lorsqu'une mince région de collecteur n'est pas importante , la bague de garde peut s'étendre au-delà de la jonction base-collecteur sur la moitié de la distance entre celle-ci et le substrat 11 . 10 Une région d'émetteur 26 s'étend dans la région de base 22 à partir de la surface supérieure 14 et forme une jonction base-émetteur 27 . La couche isolante 15 est percée d'une fenêtre 28 qui découvre certaines parties de la région de base 22 et de la région 24 de la bague de garde à la surface 15 supérieure 14 . Une couche de contact 52 établit un contact oh-mique à la fois avec la région de base 22 et avec la région 24 à travers la fenêtre 28 . En outre , la couche isolante 15 est percée d'une seconde fenêtre 50 découvrant une partie de la région d'émetteur 26 à la surface supérieure 14 et une couche de 20 contact 34 'établit un contact ohmique avec l'émetteur à travers la fenêtre 30 . Le transistor 10 est complété par un contact de collecteur 36 s'appliquant contre la surface inférieure 16 . Le transistor 10 présente , entre autres , les avantages suivants : en premier lieu , la région à haute résis-25 tance 24 , constituant la bague de garde , diminue l'effet radial de la jonction base-collecteur planar , évitant ainsi un claquage prématuré à cette courbure radiale . Deuxièmement , comparativement aux bagues de garde à haute conduction utilisées dans la technique antérieure , comme représenté sur la Fig.1 , 30 il n'est pas nécessaire que la région à haute résistance 24 de la bague de garde de la Fig.2 s'étende au-delà de la jonction base-collecteur pour atténuer l'effet radial ; ceci permet d'utiliser des corps de collecteurs plus minces , ce dont résulte une meilleure courbe de réponse en fréquence (f^ ) comme il a 35 été expliqué ci-dessus . Troisièmement comme le montre une comparaison des Fig. 1 et 2 , la région de base 24 du transistor 10 de la Fig.2 peut supporter un émetteur ayant une plus grande périphérie puisqu'aucune partie de la région de base 24 n'est occupée par une bague de garde à haute conduction comme c'est le 71 33691 5 2118889 ' cas dans la région de "base 6 de la Figure 1 . Un autre avantage est obtenu dans le transistor 10 par la manière dont le contact ohmique est établi avec la région de base 22 et avec la bague de garde à haute résistan-5 ce 24 . Dans les transistors planar typiques ( à la fois avec et sans bague de garde à haute conduction comme celle de la Fig.1), le contact ohmique de base est généralement établi avec une partie de la région de base qui est hautement conductrice . Il en résulte une capacité parasite collecteur-base élevée . Par 10 contre , dans le transistor 10 de la Fig.2 , on a constaté qu'en déposant la couche de contact ohmique 32 à la fois sur la région de base et sur la région à haute résistance 24 de la bague de garde , la capacité parasite base-collecteur est plus petite qu'auparavant . 15 Le transistor 10 peut être produit par les techniques de fabrication planar bien connues . La région de base 22 et la région 24 de la bague de garde peuvent être formées en utilisant les étapes suivantes : d'abord , on diffuse la région annulaire p-24 dans une plaquette de départ n destinée à 20 constituer le collecteur . Ensuite, on diffuse la région de base p hautement conductrice 22 dans une partie de la région p-24 et dans la partie de la plaquette de collecteur située à l'intérieur de l'anneau , de sorte que les régions p- et p forment une jonction base-collecteur approximativement uniforme dans cette pla-25 quette . On diffuse ensuite la région d'émetteur et on établit les contacts avec les différentes régions « Un autre mode de réalisation du transistor 10 est représenté sur la Fig»3 où il a été désigné en son entier 30 par 50 • le transistor 50 est analogue au transistor 10 de la Fig.2 , sauf que la bague de garde à haute résistance s'étend tout autour de la région de base . Comme on le voit sur la Fig.3, le transistor 50 comporte une région à haute résistance p-52 qui s'étend dans la région de collecteur 13 à partir de la surface 35 supérieure 14 et qui forme une jonction base-collecteur planar 53 . Une région de base p 54 , ayant une conduction relativement élevée , s'étend dans la région p—52 , mais se termine à peu de distance de la jonction base-collecteur 53 , de sorte qu'une partie de la jonction p- est interposée entre le corps de collec-40 teur 12 et la région de base p 54 . Une région d'émetteur n 26 CQPY 71 33691 6 2118889 s'étend dans la région de base p 54 et des contacts de "base et de collecteur 32 , 34 et 36 sont respectivement établis de la même manière que dans le transistor 10 de la i'ig.2 • La présente invention s'est révélée être par-5 ticulièrement utile dans la variété des dispositifs de haute fréquence communément appelés transistors " overlay " , ce qui peut se traduire par transistors " à couverture " . TJn transistor overlay 60 utilisant la présente invention est représenté sur la Fig.4 . Le transistor 60 , qui a été représenté sous la 10 forme d'un dispositif n-p-n , est formé dans un corps semiconducteur 62 ayant une surface supérieure 64 et inférieure 66 . Le corps semiconducteur 62 fait fonction de région de collecteur et comporte un substrat n+ hautement conducteur 68 et une région n-70 adjacente à ce substrat • Une région de base p s'étend dans 15 la région n-70 à partir de la surface supérieure 64 et comporte un certain nombre de zones de base 72 et une grille de conduction p+ 74 entourant toutes ces zones de base . De plus , la région de base comporte une bague de garde à haute résistance 76 qui s'étend dans la région n-70 et qui coupe la partie extérieure 20 de la grille de conduction p+ 74 • Une région d'émetteur n 78 s'étend dans chacune des zones de base 72 à partir de la surface supérieure 64 . Une couche 65 couvre la surface supérieure 64 et présente un certain nombre de fenêtres 80 qui découvrent la grille p+ 74. De plus, les 25 fenêtres extérieures 80' exposent la bague de garde p-76. Une couche de contact 82 couvre la couche d'oxyde 65 et s'applique à la grille p+ 74 et à la bague de garde p-76» à travers les fenêtres de la couche d'oxyde ( non-représentée) . Le transistor 60 est complété par un contact de collecteur 86 appliqué contre la 30 surface inférieure 66 . La bague de garde à haute résistance 76 permet d'utiliser des régions de collecteur plus minces qu'auparavant . 71 33691 7 2118889 ' REVENDICATIONS 1 . Dispositif semi-conducteur caractérisé en ce qu'il comprend un corps semi-conducteur ayant un certain mode de conduction et qui présente une surface ; une première région ayant le mode 5 de conduction opposé s'étendant dans ledit corps à partir de ladite surface ; une jonction p-n planar entre ce corps et cette première région , cette jonction présentant une courbure radiale et s'étendant à ladite surface ; une seconde région ayant le premier mode de conduction qui s'étend dans cette première ré-10 gion , à peu de distance de ladite jonction ; une troisième région ayant ledit mode de conduction opposé qui s'étend dans ledit corps à partir de ladite surface au moins jusquè approximativement ladite jonction p-n , cette troisième région coupant ladite courbure radiale , entourant ladite première région 15 et ayant une résistance élevée par rapport à cette première région . 2 . Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la troisième région est annulaire • 3 • Dispositif semiconducteur selon la revendication 1 caracté-20 risé en ce que la première région a , au voisinage de ladite jonction p-n , une plus grande résistance que sa partie restante • 4 . Dispositif semiconducteur selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'une couche conductrice de contact de base est 25 disposée sur ladite surface et est au contact de la première et de la troisième régions . 5 . Dispositif semiconducteur selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend une région de base ayant un mode de conduction opposé s'étendant dans ledit corps à partir de 30 ladite surface , ladite jonction étant une jonction planar base-collecteur entre ledit corps et ladite région de base ; ladite seconde région étant une région d'émetteur , cependant qu'une couche conductrice de base est disposée sur ladite surface et est au contact desdites régions annulaire et de base . 35 6 . Dispositif semiconducteur selon la revendication qui constitue un transistor overlay ou à couverture perfectionné formé 71 33691 8 2118889 « dans un corps semiconducteur ayant une surface , ledit corps semiconducteur ayant une région de collecteur présentant un premier mode de conduction et une région de base ayant le mode de conduction opposé et qui est subdivisée en un certain nombre 5 de zones s'étendant à partir de ladite surface , une grille hautement conductrice entourant lesdites zones de la région de base , lesdites zones et ladite grille formant une jonction planar avec ledit corps de collecteur et avec une région d'émetteur ayant le premier mode de conduction qui s'étend dans cha-10 que zone de la région de base , ce transistor étant caractérisé par une bague de garde à haute résistance ayant le mode de conduction opposé qui entoure lesdites zones de la région de base et qui coupe la partie extérieure de ladite grille conductrice , cette bague de garde à haute résistance s*étendant dans 15 ledit corps à partir de ladite surface au moins jusqu'approximativement ladite jonction p-n . 7 . Transistor overlay perfectionné selon la revendication 6 caractérisé en ce qu'il comprend une couche conductrice couvrant ladite surface et établissant un contact ohmique avec ladite 20 grille hautement conductrice , et avec ladite bague de garde à haute résistance .