Brevet FR2132229A1 — publié le 19721117

La présente invention est relative à des dispositifs semiconducteurs et se rapporte en particulier aux transistors conçus pour fonctionner à haute fréquence» La mise au point du transistor à recouvrement a été reconnue 5 comme constituant un progrès important dans les possibilités de puissance et de fréquence des transistors à haute fréquence,, Dans un transistor à recouvrement, l'émetteur se compose d'une série de segments discrets s'étendant dans la région de base à partir de la surface supérieure du dispositif. Le courant de base 10 est réparti régulièrement entre les segments d'émetteur par une grille fortement conductrice qui est diffusée dans la région de base qui entoure chacun des segments. D'autres techniques sont toutefois nécessaires pour éviter certaines limitations de ce dispositif. Par exemple, la grille 15 fortement conductrice diffusée profondément nécessite l'emploi de régions de collecteur relativement épaisses. Par ailleurs, la diffusion latérale de la grille limite l'espacement étroit des segments adjacents d'émetteur, ce qui impose des contraintes aux possibilités de fréquence du dispositif. De plus, la conductivité 20 de la grille diffusée ne peut pas être aussi élevée qu'on le désire. L'invention a pour but de fournir un transistor à haute fréquence formé dans un corps semiconducteur comportant une surface. Le dispositif comprend des régions de collecteur et de base for-25 mées dans le corps et de premier type de conductivité et d'un second type de conductivité respectivement, une partie de la région de base s'étendant jusqu'à la surface. Une série de segments d'émetteur discrets du premier type de conductivité s'étendent dans la région de base à partir de la surface; chaque segment 30 forme une jonction émetteur-base PN avec la région de base. Une grille fortement conductrice en matériau semiconducteur, de second type de conductivité, est en contact avec la région de base au niveau de la surface et entoure chaque segment d'émetteur. L'invention concerne également un procédé de fabrication 35 d'un dispositif semiconducteur qui se compose des stades suivants,, On forme un corps semiconducteur ayant une région d'un premier type de conductivité, adjacente à une surface de ce corps. Ensuite on traite une couche isolante disposée sur la surface en formant dans celle-ci une fente en communication qui s'étend jusqu'à la 72 11208 -2- 2132229 surface. On forme une couche de matériau semiconducteur dans la fente0 On diffuse ensuite des impuretés du premier type de conductivité dans et à travers la couche semiconductrice jusqu'à une faible profondeur dans la région". Ensuite, on diffuse une 5 série de segments discrets du second type de conductivité dans la région, à partir de la surface et en relation espacée par rapport à la couche semiconductrice. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante, donnée uniquement lO à titre d'exemple et faite en référence au dessin annexé qui représente une coupe transversale d'un transistor à haute fréquence fabriqué suivant 1'inventions La figure représente un transistor à haute fréquence 10 qui est formé dans un corps semiconducteur 12, par exemple en sili-15 cium, dont une partie est représentée en arraché sur le dessin. Le corps 12 comporte des surfaces supérieure et inférieure 14 et 16 respectivement. La dimension, la forme et la conductivité du dispositif ne sont pas critiques du point de vue de l'invention. A titre d'exemple, toutefois, le corps 12 peut avoir une longueur 20 de 1524 microns, une largeur de 762 microns et une épaisseur comprise entre 102 et 203 microns. Bien que le transistor ÎO puisse être un dispositif NPN ou PNP, il est représenté et décrit un dispositif NPN. Le transistor 10 comprend une région de collecteur disposée 25 à l'intérieur du corps semiconducteur 12. La région de collecteur comprend de préférence un substrat fortement conducteur (N+) 18 adjacent à la surface inférieure 16 et une région 20 plus résistive (N) adjacente au substrat. Une région de base 22 de type de conductivité opposé à celui de la région de collecteur 20 (P dans 30 cet exemple) s'étend dans la région de collecteur 20 à partir de la surface supérieure 14 et est séparée de celle-ci par une jonction PN base-collecteur 21. Les dimensions des régions de collecteur et de base 20 et 22 ne sont pas critiqués. Toutefois, ces deux régions sont convenablement aussi minces que possible, c'est 35 à dire de façon compatible avec las autres critères de conception. A titre d'exemple, la région de collecteur 20 peut avoir une épaisseur comprise entre 5 et 51 microns et la région de base 22 ne s'étend pas de préférence de plus de 5 microns dans la région de' collecteur 20. 72 11208 -3- 2132229 Une série de segments d'émetteur 24 de même conductivité que la région de collecteur 20 s'étendent dans la région de base 22 de la surface supérieure 14. Chaque segment 24 forme une jonction PN émetteur-base 23 avec la région de base 22. 5 Une couche isolante 26 en bioxyde de silicium ou en nitrure de silicium par exemple est disposée sur la surface supérieure 140 Dans la pratique, la couche isolante 26 est très mince de O l'ordre de 5000 à 20.000 A d'épaisseur. Toutefois, afin de représenter plus clairement le dispositif suivant l'invention, les 10 épaisseurs de la couche 26 et des autres couches déposées qui sont décrites ci-dessous sont représentées à plus grande échelle sur la figure. La couche 26 comporte une fente de communication 28 qui entoure chaque segment d'émetteur 24 et s'étend jusqu'à la surface supérieure 14. 15 Une couche semiconductrice fortement conductrice (P+) de même type de conductivité que la région de base 22 est disposée dans la fente de communication 28 pour former une grille 32 qui est en contact avec la région de base 22 et entoure chaque segment d'émetteur 24. Il n'est pas nécessaire que la grille 32 soit 20 constituée par le même matériau semiconducteur que le corps 12 mais il est commode que ce soit le cas; ainsi, lorsque le corps 12 est en silicium comme dans le présent exemple, la grille 32 est également en silicium et peut être en silicium monocristallin ou polycristallin. A titre d'exemple, la grille 32 peut avoir O 25 une épaisseur comprise entre 5000 et 25.000 A et peut avoir une 21 3 concentration d'impuretés comprise entre 10 et 10 atomes/cm . Une grille correspondante 34 diffusée peu profondément et à grande conductivité est disposée juste en-dessous de la grille 32 et dans la région de base 22 en-dessous de la surface supérieure 30 14. De préférence, cette grille peu profonde 34 ne s'étend pas dans la région de base 22 plus profondément que les segments d'émetteur 240 Une seconde couche isolante 36 recouvre la grille semi-conductrice 32. Les deux couches isolantes 36 et 26 comportent 35 des trous 30 qui les traversent jusqu'à la surface supérieure 14. Chaque trou 30 met à découvert un segment d'émetteur 24, de sorte qu'une couche 38 de contact d'émetteur peut interconnecter tous les segments d'émetteur. Un contact- de base (non- représenté) établit le contact ohmique avec la grille ■ senvicoîîduc tri ce 32 et 72 11208 -4. 2132229 le transistor est complété par un contact de collecteur 40 formé sur la surface inférieure 16. Les régions de base et de collecteur du transistor 10 peuvent être fabriquées par des techniques bien connues. La grille 5 semiconductrice 32 est formée convenablement par réduction à l'hydrogène de tétrachlorure de silicium ou de silane. Lorsque le silicium est déposé à des températures relativement faibles, par exemple inférieure à 850°C, une couche de silicium poly-cristallin est déposée sur la couche isolante 26 ainsi que dans 10 la fente 28. On utilise ensuite une technique photolithographique pour définir la grille 32 uniquement dans la fente 28. Lorsque le silicium est déposé à des températures relativement élevées, par exemple supérieures à 850°C, on forme une grille 32 en silicium monocristallin dans la fente 28. 15 Ensuite on diffuse des impuretés de type P avec une concen tration élevée dans la grille 32 et de préférence à travers cette grille jusqu'à une faible profondeur dans la région de base 22 qui se trouve en-dessous, afin de former la grille 34 diffusée peu profondément dans la région de base la plus proche de la 20 grille 32. Ensuite, on dépose la couche isolante 36 de croisement, par exemple au moyen d'une technique bien connue utilisant le bioxyde de silicium. Les couches isolantes 28 et 36 sont ensuite traitées de manière à former les trous d'émetteur 30. Un segment d'émetteur 24 est diffusé ensuite à travers chaque trou 30 et la 25 couche de contact d'émetteur 38 est déposée. Des contacts de base et de collecteur sont ensuite formés et le transistor 10 est soudé ou brasé dans un boîtier. Un transistor suivant 1'invention .présente plusieurs avantages. Par exemple, on peut utiliser des régions de collecteur 30 relativement minces. De plus, les segments d'émetteur peuvent être espacés étroitement par rapport aux dispositifs de la technique antérieure et peuvent être diffusés après formation de la grille 32. De plus, la grille semiconductrice déposée 32 de l'invention peut être rendue très fortement conductrice. 72 11208 -5 2132229 REVENDICATIONS 1) Dispositif semiconducteur, caractérisé en ce qu'il comprend: un corps semiconducteur ayant une surface; une région d'un premier type de conductivité dans le corps; une région drun se- 5 cond type de conductivité dans le corps, adjacente à la région de premier type de conductivité avec une jonction PN entre elles et une partie de la région de second type de conductivité s'é-tendant jusqu'à la surface; une série de segments de premier type de conductivité s'étendant dans la région de second type 10 de conductivité à partir de la surface, chaque segment formant une jonction PN avec la région de second type de conductivité, et une grille fortement conductrice en matériau semiconducteur de second type de conductivité qui est disposée sur la surface et est en contact avec la région de second type de conductivité, 15 la grille entourant chaque segmenta 2) Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le corps semiconducteur et la grille semiconductrice sont en silicium. 3) Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce 20 que la grille est en silicium sensiblement monocristallin0 4} Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la grille est en silicium sensiblement polycristallin0 5) Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une grille diffusée peu profondément et fortement 25 conductrice formée dans la région de second type de conductivité qui est la plus proche de la grille semiconductrice0 6) Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la grille diffusée s'étend dans la région de second type de conductivité jusqu'à une profondeur moins grande que les jonc- 30 tions PN entre les segments et la région de second type de conductivité. 7) Procédé de fabrication d'un dispositif semiconducteur, caractérisé en ce qu'il consiste ï à former un corps semiconducteur ayant une région de premier type de conductivité adjacent à 35 une surface et comportant une couche isolante sur la surface; à former une fente de communication dans la couche qui s'étend jusqu'à la surface; à former une couche semiconductrice de premier type de conductivité dans la fente qui est en contact avec 72 11208 -6- 2132229 la région; à diffuser des impuretés d'un premier type de conductivité dans la couche semiconductrice, de sorte que la couche est fortement conductrice par rapport à la région, et à diffuser une série de segments du second type de conductivité dans la région, 5 à partir de la surface et de façon espacée par rapport à la couche semiconductrice. 8) Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'il consiste, pendant le stade de diffusion des impuretés, à diffuser des impuretés à travers la couche semiconductrice jus- 10 qu'à une profondeur faible dans la région, de sorte que la partie de la région de faible profondeur est fortement conductrice par rapport au reste de la région» 9) Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le corps semiconducteur et la couche semiconductrice sont 15 en siliciumo 10) Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le stade de formation de la couche semiconductrice comprend un stade de dépôt d'une couche de silicium sensiblement mono-cristallin uniquement dans la fente. 20 11) Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le stade de formation de la couche semiconductrice consiste à déposer une couche de silicium sensiblement polycristallin dans la fente et sur la couche, et à traiter la couche de siliciu» afin d'éliminer la partie de la couche de silicium située sur la 25 couche qui s'étend jusqu'à la surface.