Brevet FR2125543A1 — publié le 19720929

la présente invention concerne un composant semiconducteur comprenant un corps semiconducteur en"forme de disque qui présente au moins quatre zones dont les types de conductivi-té alternent et au moins trois jonctions p-n, dans une région 5 de la deuxième zone qui constitue une bague court—circuitée entourant la première zone, ce composant semiconducteur étant muni d'un revêtement conducteur qui connecte électriquement la première zone à la bague court-circuitée. Un tel composant est par exemple décrit dans la 10 demande de brevet allemand publiée après examen sous le K° 1 133 038. Il y est question d'un thyristor dont la zone d'émetteur est entourée par une zone de base, la surface de la zone d'émetteur et celle de la zone de base sont interconnectées par un revêtement conducteur, la partie de la zone de base qui 15 entoure la zone d'émetteur peut être appelée "bague de court-circuit". Du fait de cette bague de court-circuit, en cas de faibles densités de courant, c'est-à-dire de faible chute de tension à travers la zone d'émetteur, une partie des porteurs de charge ne passe pas dans la zone d'émetteur, mais contourne cel-20 le-ci et s'écoule à travers le bague de court-circuit vers le le revêtement conducteur et, de là, par l'intermédiaire de l'électrode d'émetteur, vers le conducteur relié à l'émetteur, la partie des porteurs de charge qui s'écoule par le revêtement conducteur ne produit donc aucune injection de porteurs de 25 charge à partir de la zone d'émetteur dans la zone de base con-tigue. Ainsi, le rendement de l'émetteur est abaisse, de sorte qu'une activation du thyristor n'est possible qu*avec des courants élevés. Il en résulte par exemple un accroissement de la stabilité à la température de la caractéristique de blocage. 30 Une bague de court- circuit exerce également une influence favorable sur le rapport dU/dt du thyristor. Cela peut.s'expliquer par le fait que dans le cas d'une augmentation très rapide de la tension appliquée au thyristor, il apparait* =en mison de la capacité de la jonction p-n qui bloque, un courant de déplacement 35 élevé qui agit comme un courant de commande. De ce fait, de nombreux porteurs de charge seraient injectés à partir de 1Témetteur dans la couche de base contiguë si une certaine partie des i?orteurs de charge qui forment le courant de déplacement ne s'écoulait pas directement vers le revêtement conducteur, en eon-40 tournant la zone d'émetteur. 72 05313 2 2125543 On parviendrait à une "bonne utilisation de la section transversale du corps semiconducteur si le revêtement conducteur (électrode) s'étendait jusqu'à la zone marginale du corps semiconducteur. Mais cela n'est pas possible sans dlspo-5 sitions complémentaires, car la zone marginale du corps semiconducteur est traitée par exemple par "biseautage et/ou par corrosion et, dans ces conditions,, le revêtement conducteur (électrode) serait attaqué. On ne peut donc faire aller le revêtement conducteur que jusqu'à la zone marginale. Etant donné 10 que la zone d'émetteur occupe une surface plus petite que l'électrode, la surface n'est pas utilisée de façon optimale avec les composants semiconducteurs à "bague- de court-circuit de type connu. En; concevant l'invention, on s'est fixé pour "but de 15 mettre au point un composant semiconducteur du genre défini dans le préambule du présent mémoire dans lequel la surface effective de l'émetteur puisse être étendue jusqu'à la zone marginale. l'invention est caractérisée par le fait que la bague 20 de court-circuit se trouve dans la zone marginale, que la première zone s'étend jusqu'au bord du revêtement conducteur et que la première zone présente des entailles ouvertes vers la bague de court-circuit, dans lesquelles s'engage la deuxième zone qui s'étend jusqu'au revêtement conducteur. 25 l'invention est explicitée à propos d'un exemple de réalisation, avec référence aux figures 1 à 4. la figure 1 est une coupe transversale d'un corps semiconducteur d'un composant semiconducteur connu à bague de court-circuit. 30 la figure 2 est une vue de dessus du corps semicon ducteur représenté sur la figure 1. la figure 3 est une coupe transversale d'un corps semiconducteur d'un composant semiconducteur selon l'invention. La figure 4 est une vue de dessus du corps semicon-35 dueteur représenté sur la figure 3. Le corps semiconducteur est désigné dans son ensemble sur la figure 1 par la référence t. Il se compose de quatre zones à savoir la zone d'émetteur 2, la zone de base 3, la zone de base 4 et la zone d'émetteur 5» La zone d'émetteur 2 est entourée par 40 une bague de court-circuit 9 qui fait partie de la zone de base 3. 72 05313 3 2125543 A son tour, la base de court-circuit 9 peut être entourée par une zone partielle 6 qui présente le même dopage que la zone d'émetteur 2. La zone d'émetteur 2 et la bague de court-circuit 9 sont recouvertes par un revêtement conducteur 7 qui constitue 5 l'électrode. Ce revêtement conducteur ne recouvre.pas la zone partielle 6, car cette zone et les hordsdes sones 3, 4 et 5 appartiennent à la zone extérieure du corps semiconducteur qui est désigné par 10. Comme on l'a. mentionné précédemment, la zone extérieure 10 ne peut- pas être utilisée pour l'électrode. C'est 10 pourquoi l'électrode 7 ne peut être étendue que jusqu'à la région marginale ou périphérique 10. La figure 3 représente une coupe transversale d'un corps semiconducteur pour un composant semiconducteur selon l'invention. Les mêmes éléments que sur la figure 1 ont été 15 désignés également par les mêmes références. La zone de base 3 présente une bague de court-circuit 19 qui, par rapport à la bague de court-circuit 9 de la figure 1, s'est rapprochée du bord du corps semiconducteur et se trouve dans la zone marginale 10. La zone d'émetteur s'étend jusqu'au-dessous du bord du revê-20 tement conducteur 7 et porte la référence 12. La figure 4 montre comment la bague de court-circuit 19 est connectée au revêtement conducteur 7. La figure 4 représente une vue de dessus du corps semiconducteur de la figure 3. Le revêtement conducteur 7 a été 25 arraché en partie sur cette figure à des fins d'explication, ce qui permet de voir une plus grande partie de la zone d'émetteur 12. Le bord de la zone d'émetteur 12 présente un certain nombre d'entailles ou encoches 13, à travers lesquelles -la zone 3 passe jusqu'au revêtement conducteur 7. On pourrait également dire 30 que la bague de court-circuit 19 présente des ergots qui s'étendent jusqu'au-dessous du revêtement conducteur 7. La bague de court-circuit 19 est connectée électriquement au revêtement conducteur 7 par le jeu des entailles 13 ou par les ergots. De la sorte, une partie des porteurs de charge en provenance de la zone 35 de base 3 se déplace, en supposant que la chute de tension à travers la sone l'émetteur 12 est suffisamment- petite, dans la direction de la bague de court-circuit 19 et parvient, par l'une vies entailles, au revêtement conducteur 7, c'est-à-dire à l'électrode d'émetteur, d'où le porteur de charge peut s'écouler. 40 Le porteur de charge doit suivre, le cas échéant, dans la bague 72 05313 4 2125543 de court-circuit, un certain trajet tangentiel jusqu'à l'entaille suivante» Mais la bague de court-circuit représente une certaine résistance. Avec les profils de dopage généralement adoptés dans les semiconducteurs de puissance, la résistance entre deux 5 entailles distantes de 2mm s' élève environ à 20-80 SI. . iiême en cas de charges dU/dt très élevées (1000 V/ps), la bague de court-circuit n'est le siège que de chutes de tension de 0,1 à 0,4 V au maximum, car d'une part la zone d'influence de la bague de court-circuit est limitée à une partie de la surface du thyristor 10 en raison de la conductivité transversale relativement faible à travers l'émetteur n et, d'autre part, en raison du fait que le courant capacitif qui s'écoule dans cefte zone partielle est réparti sur plusieurs entailles de la bague de court-circuit. Ce n'est que pour des chutes de tension supérieures à 0,7 V que 15 le court-circuit perdrait son effet. Ainsi, ce nouveau type de bague de court-circuit remplit son rôle exactement aussi bien que la bague de court-cir-cuit classique en cas de faibles densités de courant, telles qu'elles apparaissent par exemple pour des charges dU/dt» Avant 20 tout, on évite une activation au niveau de la région marginale du thyristor qui représente, comme on le sait, un point faible pour tout composant semiconducteur. Dans le cas de courants d'activation plus élevés, c'est-à-dire dans le cas d'activation délibérée par l'électrode 25 de base 8, la densité de courant à travers l'émetteur n 12 est plus forte. De ce fait, la chute, de tension à travers cette zone augmente suffisamment pour que les porteurs de charge s'écoulent de la zone de base 3 vers la zone d'émetteur 12 et provoquent une injection de porteurs de charge de polarité.opposée dans la 30 zone de base 3. Dans ce cas, la bague de court-circuit n'exerce auplin e.ffet, c'est-à-dire que la totalité de la surface de l'émetteur n est disponible pour le courant de charge. Cela vaut-également pour l'état stationnaire, dans lequel le thyristor conduit la totalité du courant. . . 35 S'il s'agit de corps semiconducteurs de grand dia mètre, on peut prévoir dans la zone de base 12, en plus des entailles 13, d'autres évidements 14 qui peuvent encore améliorer le rapport dU/dt du thyristor. Mais s'il y a déjà longtemps qu'il a été proposé de disposer de tels évidements 14, il y a lieu de 40 noter qu'une répartition des évidements additionnels 14 à proxi- 72 05313 5 2125543 mité du bord, à la périphérie de la zone de base 12, n'a pas le même effet que les entailles 13 ouvertes vers la bague de court-circuit 19. selon ce qui est indiqué sur la figure 4 par les références 15 et 16, les évidements additionnels 14 et les 5 entailles 13 ouvertes vers la bague de court-circuit 19 ont des "zones d'alimentation" ou "zones actives" de formes différentes, à 1 intérieur desquelles un porteur de charge dans la zone 3 peut encore s'écouler vers le revêtement conducteur 7. L'étendue des zones d'alimentation est subordonnée à la résistance que le 10 porteur de charge rencontre sur son trajet. Cette zone d'alimentation diminue lorsque la densité de courant s'élève. Il est manifeste que la zone d'alimentation t6 des entailles 13 est en tout cas, plus grande» que la zone d'alimentation 15 des évidements additionnels 14. On obtient surtout un recouvrement 15 complet des "zones d'alimentation". L'invention est applicable en particulier à des thy-ristors dont les zones sont formées par diffusion. Une plaquette de silicium, ayant par exemple un diamètre de 30 mm, une épaisseur de 300 ji et un dopage de base 10^ cm^ environ, est exposée, 20 pendant 36 h environ, à une diffusion de Al/Ga ou de Al/B. Les zones extérieures du corps semiconducteur ont alors un dopage 18 3 de plus de 10 cm . Sur la surface du corps semiconducteur, on produit alors une couche de 1 p d'épaisseur environ de SiÛ2» qui est recouverte par un vernis photosensible. Ce vernis est 25 ensuite éclairé à travers un masque. Après quoi, le vernis est dissous aux endroits non exposés et le SiOg est éliminé par corrosion en ces endroits. On forme alors un verre au phosphore sur la surface e"t le corps sémiconducteur est exposé, pendant 7 h environ , à une température de plus de 120&oC. La zone n'a _ 20 3 30 alors une épaisseur de 15 environ et elle est dopée a 10 cm environ. Il s'est révélé praticable de former 30 à 50 entailles semi-circulaires d'un rayon de 0,1 à 0,5 mm environ, réparties à peu près régulièrement le long de la périphérie de la zone n.. La bague de court-eircuit peut avoir une largeur de 0,5 a 2 mm 35 environ, la zone marginale 10 une largeur de 2 à 5 mm. environ. Pour finir, la zone d'émetteur 12 est garnie d'une couche conductrice, par exemple en aluminium déposé par évaporation avec une épaisseur de 5 à 50 p. 72 05313 6 2125543 RETEHDICAII QHS 1. Composant semiconducteur comprenant un corps semiconducteur en forme de disque qui présente au moins quatre zones dont les types de conductivité alternent et au moins 5 trois jonctions p-n, une région de la deuxième zone qui constitue une bague de court-circuit entourant la première zone» ce composant semiconducteur étant muni d'un revêtement conducteur qui connecte électriquement la première zone à la bague de court-circuit, caractérisé par le fait que la bague de court-10 circuit se trouve dans la zone marginale (10), que la première zone (12) s'étend jusqu'au bord du revêtement conducteur (7) et que la première zone (12) présente des entailles (13) ouvertes vers la bague de court-circuit (19), dans lesquelles s'engage la deuxième zone (3) qui s'étend jusqu'au revêtement conducteur 15 (7). 2» Composant semiconducteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les entailles (13) sont réparties uniformément sur la périphérie de la première zone (12). 3. Composant semiconducteur selon la revendication 1 20 ou 2, caractérisé par leiôait que la première zone (12) présente des évidements additionnels (14) par lesquels la deuxième zone (3) atteint le revêtement conducteur (7). 4. Composant semiconducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les zones 25 du corps semiconducteur sont produites par diffusion. 5. Composant semiconducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les entailles (13) sont produites par une technique de photorésist.