Brevet FR2137592A1 — publié le 19721229

L'invention, due à YAMA.8HITA Akio, TSUZAKI Takehiro et FUJITA Takashi, est relative à des dispositifs semi-conducteurs et, plus particulièrement, à des transistors à électrode de commande isolée à faible tension de seuil et à des thyristors à 5 électrode de commande isolée à tension de claquage élevée. Plus particulièrement encore, l'invention vise à perfectionner la résistance au claquage des dispositifs semi-conducteurs à électrode de commande isolée, de la technique antérieure. Dans le transistor MOS qui constitue une catégorie de transis-10 tor à électrode de commande isolée, il est habituellement souhaitable de réduire la tension de seuil, c'est-à-dire la tension d'électrode de commande la plus faible nécessaire à la formation d'un canal. Pour cela, la résistivité du semi-conducteur dans lequel doit être formé un canal est, de préférence, aussi élevée 15 que possible. Toutefois, en cherchant à augmenter cette résistivité^ on risque de provoquer un étalement de la couche d'appauvrissement du côté collecteur, ce qui tend à se traduire par un claquage. Pour l'éviter, on peut augmenter l'interstice de l'électrode de commande, ce qui toutefois entraîne des caractéristiques de 20 fréquence inférieures. L'invention a pour but de résoudre ce problème. Pour cela, des régions de faible résistivité sont formées dans la région de l'électrode de commande et dans les zones d'intensités maximales du champ, empêchant ainsi l'étalement de la couche d'appauvrisse-25 ment. L'invention est décrite plus en détail ci-après, à l'aide de certains de ses modes de réalisation, pris à titre illustratif mais nullement limitatif, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : 30 la figure 1 est une vue en plan d'un transistor MOS de la technique antérieure, la figure 2 est une vue en plan d'un mode de réalisation de dispositif semi-conducteur à électrode de commande isolée, conforme à l'invention, 35 les figures 3 et 4 sont des vues en plan fragmentaires d'autres modegde réalisation de l'invention et la figure 5 est une vue en plan d'un autre mode de réalisation encore de l'invention. 72 16267 2137592 La figure 1 montre, en plan, un exemple de transistor MOS de la technique antérieure. Il comporte un support semi-conducteur I du type n;, à résistivité élevée. Les références numériques 2 et 3 désignent des régions de type p, la région 2 constituant une 5 région source et la région 3 constituant une région collectrice. La référence numérique 4 désigne une électrode source en contact ohmique avec la région source 2, la référence numérique 5 désigne une électrode collectrice en contact ohmique avec la région collectrice 3» et la référence numérique 6 désigne une électrode de 10 commande formée sur une couche isolante. La fréquence de coupure du transistor augmente lorsqu'on réduit l'interstice de l'électrode de commande, c'est-à-dire la distance entre, les régions 2 et 3. Toutefois, lorsque cet interstice est réduit, la couche d'appauvrissement du côté collecteur risque de s'étendre du côté source, 15 entraînant ainsi un claquage. Par conséquent, l'interstice de l'électrode de commande ne peut pas être extrêmement étroit. L'invention est fondée sur cette découverte, qu'on peut surmonter .les inconvénients ci-dessus en prévoyant des régions de faible résistivité dans les zones d'intensité maximale du champ 20 entre source et collecteur. La figure 2 montre un mode de réalisation de l'invention. La référence numérique 7 désigne un support semi-conducteur de type n, les références numériques 8 et 9 désignent des régions de type p, les régions 8 servant de source et les régions 9 de 25 collecteur, la référence numérique 10 désigne "une électrode source en contact ohmique avec la région source 8, la référence numérique II désigne une électrode collectrice, un contact ohmique avec la région collectrice 9, la référence numérique 12 désigne une électrode de commande formée sur une couche isolante et les références 30 numériques 13 désignent des régions de type n+, qui constituent la propriété caractéristique de l'invention et qui ont une résistivité inférieure à celle du support 7. Les régions de type n+ 13 sont formées dans d«s zones d'intensité maximale du champ entre la source et le collecteur. Avec une telle structure, l'intervalle 35 d'électrode de commande peut être réduit sans entraîner de claquage de la couche d'appauvrissement du côté collecteur au côté source. De même la résistivité du support semi-conducteur 1 peut être augmentée. Ainsi, avec cette structure, il est possible d'obtenir 72 16267 3 2137592 un transistor pour fréquences élevées à faible tension de seuil. Dans le mode de réalisation précédent de la figure 2, les régions 13 de type n+ s'étendent sur la totalité de l'inserstice entre la source et le collecteur. En vue principalement d'empêcher 5 le claquage de la couche d'appauvrissement du côté collecteur, cependant, la région de type n+ formée dans la zone d'intensité maximale du champ entre les régions source et collectrice 8 et 9 n'a pas besoin de s'étendre sur la totalité de l'interstice de l'électrode de commande, mais peut s'étendre uniquement sur une 10 partie de l'interstice, comme on le voit sur la figure 3. La figure 4 représente un autre agencement possible, dans lequel la région de type n+ 13 est formée dans une partie du support 7 entre les régions source et collectrice 8 et 9 où l'intensité du champ est maximale, la région 13 ne s'étendant pas sur la 15 totalité de l'interstice d'électrode de commande mais seulement sur une fraction de cet interstice. Tandis que, dans les modes de réalisation précédents, les types de conductivité des diverses parties ont été nommément désignés dans le seul but de faciliter la description, les mêmes 20 effets, conformes à l'invention, peuvent évidemment être obtenus en choisissant des types de conductibilité opposés pour les diverses parties. On va donner ci-après quelques exemples de réalisation de l'invention. 25 EXEMPLE 1.- Un transistor MOS d'une structure identique à celle de la figure 2 a été fabriqué par diffusion de bore dans un support de silicium de type n pour constituer les régions source et collectrices et par formation de régions de type n+ aux emplacements 30 indiqués, par diffusion de phosphore. Une couche de SiÛ2 a été utilisée comme couche isolante. Avec ce transistor, on a obtenu une tension de seuil de 1 volt et une fréquence de coupure de 500 MHz. EXEMPLE 2.- 35 On a fabriqué un élément semi-conducteur d'une structure identique à celle de la figure 5. Du bore a été diffusé sélectivement dans un support semi-conducteur de type n 7 pour former des régions de type p 8 et 9- Ensuite du phosphore a été diffusé X . 72 16267 2137592 sélectivement pour former des régions de type n+ g' dans la région de type p 9 et en-formant aussi des régions de type n+ 13. Les références numériques 10 et .11 désignent respectivement l'anode et la cathode et la référence numérique 12 désigne une électrode 5 de commande. Ce dispositif semi-conducteur est un thyristor à électrode de commande isolée, dans lequel une résistance négative commandée par le courant est prévue entre l'anode 10 et la cathode 11 et sa tension de commutation peut être commandée à l'aide de la tension de l'électrode de commande. Du fait de la mise en oeuvre 10 des régions de type n+ 13, la résistivité du support semiconducteur peut être augmentée, afin d'augmenter la tension de claquage. Cette structure planar a permis d'obtenir une tension de claquage de 1.000 volts. Les dispositifs semiconducteurs ci-dessus sont également 15 sensibles à la lumière et peuvent fournir une sensibilité élevée et une vitesse de commutation élevée comme dispositifs semiconducteurs photo-sensibles. Bien qu'on ait utilisé du silicium comme support semiconducteur dans les exemples ci-dessus, on peut tout aussi bien 20 utiliser d'autres semi-conducteurs connus tels que le germanium, GaAs, GaP et InAs. Ainsi qu'on l'a décrit ci-dessus, le dispositif semiconducteur à électrode de commande isolée conforme à l'invention peut être utilisé comme transistor à haute fréquence à faible 25 puissance et comme thyristor à haute tension de claquage, de sorte que son utilisation dans l'industrie est très intéressante. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à celui de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation, 30 de ses diverses parties, ayant été plus particulièrement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. COPY 72 16267 5 2137592 REVENDICATION Dispositif semi-conducteur à électrode de commande isolée, caractérisé en ce qu'il comporte : un support semi-conducteur (7) prévu sur une surface latérale principale, avec des régions sépa-5 rées (8 et 9) de conductibilité de type opposé à celle du support, des régions de faible résistivité (13) du même type de conductibilité que celle du support, ces régions de faible résistivité (13) s'étendant dans l'interstice entre les régions séparées précitées (8 et 9) dans des zones d'intensité maximale du champ et une 10 électrode de commande (12) prévue sur une couche isolante sur le support (7) entre lesdites régions (8 et 9). COPY