Brevet FR2193260A1 — publié le 19740215

La présente invention concerne un nouveau type de transistor fonctionnant en hyperfréquence. Dans les transistors planars classiques, la base est diffusée dans le collecteur à travers une fenêtre pratiquée dans la couche protectrice de silice déposée sur le substrat, cette fenêtre ayant relativement de grandes dimensions. Après obturation de cette fenêtre, une ou plusieurs fenêtres beaucoup plus petites sont pratiquées dans les zones, où doit Qtre réalisé ltémetteur. Dans une telle structure une partie relativement importante de la jonction émetteurbase est inactive, ce qui augmente la résistance d'accès de base du transistor et par effet de filtre passe bas, diminue la fréquence de transition du transistor, c'est-à-dire la fréquence pour laquelle le gain en courant du transistor en émetteur commun est égal a t. Ce phénomène limite la fréquence d'oscillation maximale du transss- tor La présente invention a pour objet un transistor bipolaire du type planar à jonction dans lequel la partie inactive de la jonction émetteur base est en grande partie éliminée. "e transistor bipolaire conforme à l'invention est un transistor à jonction du type planar. Il se caractérise essentiellement en ce que les diffusions d'émetteur et de base sont pratiquées sucessivement à partir de la même fenêtre, de faible dimension transversale et sous la surface du substrat, les deux profondeurs de dif- fusion étant au moins égales au double de cette dimension transver- sale et formant sensiblement des demi-cylindres de révolution coa xiaux. L'invention sera mieux comprise à l'aide des explications qui vont suivre et des figures jointes parmi lesquelles - la figure t représente en coupe une structure de type connu - la figure 2 représente,en coupe, les zones de diffusion dc émetteur et dc la base effectuées à travers le même masque cozKor- mément à l'invention - la figure 3 rervésentc,en plan, les nappes conduetrices rcliant les zones dc base d'une part, et les zones d'émetteur d'autre part, d'un dispositif conforme à l'invention , - les figures 4 et 5 représentent le dispositif selon deux coupes perpendiculaires - la figure 6 représente une variante de l'invention. La figure t représente schématiquement l'émetteur et la basf d'un transistor planar de type connu. la zone d'émetteur 5 a une épaisseur égale à x0 et une longueur 1 la zone de base a une épaisseur xb. La zone de base active n'a une épaissear constante égale à xb - x0 que sur la longueur I. La distance séparant lo contact 6 d'émetteur et le contact il de base est égale à L1 et correspond à une partie inactive dont le rôle néfaste a été précisé précédemment. t'importance relative de cette partie inactive est d'autant plus grande que l'on cherche à réduire 4 x0 et xb pour réaliser des transistors à fréquence maximale de plus en plus élevée. La présente invention a précisément pour but de pallier cet inconvénient et concerne une nouvelle structure de transistor hyper- fréquence obtenue par diffusion de l'émetteur et de la base à tra- vers un masque unique présentant une fenêtre dont la largeur est aussi faible que possible. A titre d'exemple nullement limitatif, un transistor selon 1'invention comportant deux doigts d'émetteur est représentée sur la figure 2 en coupe au niveau desdits émetteurs. il est évident que ce transistor peut comporter un nombre de doigts quelconque égal supérieur à I. Sur un substrat 1 de semiconducteur de type N+, on réalise tout d'abord une couche de semiconducteur 2 de type N zones titubant le collecteur du futur transistor.Dans ce collecteur, par les procédés classiques de photogravure, on procède à travers une couche do diélectrique 3 constituant un masqua à la diffusion d'une impureté de type P constituant une zone de base 4 et conformément à l'invention à travers le même masque de diélectrique 3 a la diffusion d'une impureté de type N constituant une zone 5 d'émetteur. Pour relier les zones 5 d'émetteur entre elles, on dépose a le surface de la plaquette une couche métallique 6. Selon zone caractéristique importante de l'invention, la fOlms des fenêtres de diffusion réalisées dans l'unique masque 3 sont rectangulaires. Elles ont une dimension transversale 1 telle que la diffusion des impuretés se réalise selon des volumes de section droite quasi circulaires. A titre d'exemple nullement limitatif, cette largeur transversale l est inférieure ou égale à 0,5fi. Dans ces conditions, les sections droites de la zone d'émetteur 5,de la zone de base 4 sont circulaires et concentriques, le rayon de la section droite de la diffusion d'émetteur est donc pratiquement constant x = 0,5/u ainsi que celle de la diffusion de la base qui est xb = 1 /u. Il s'ensuit une épaisseur de base constante Wb = xb - xe = 0,5/u Dans ces conditions, la jonction émetteur-base ne comporte aucune partie inactive et le transistor présente donc une fréquence de transition maximale. Cette structure pose néannoins un problème de eprinexions. Les zones d'émetteur et de base coaxiales sont vues en plan, sur la figure 3. Elles ont une forme rectangulaire avec une largeur 1 et une longueur L. Etant donnée la différence de profondeur de diffusion de la zone de base et de la zone d'émetteur définiespré- cédemment ib = xb - Xc très faible de l'ordre de 0,5/u, il serait pratiquement impossible de réaliser une connexion de base de cette dimension. Pour pallier cet inconvénient, la solution suivante est proposée. Avant la diffusion des zones d'émetteur et de base, on réalise à travers un masque auxiliaire référencé 7 sur la figure 3, une diffusion à forte concentration d'une impureté de même type que celui de la base, conférant au semiconducteur une conductivité de type P+: Les dimensions du masque 7 sont telles qu'il déborde légèrement sur le masque unique de diffusion des zones d'émetteur et de base. Cette diffusion P+ est réalisée à l'extrémité de chaque doigt d'émetteur et la distance V entre chacune de ces diffusions, est légèrement inférieure à L. il y a donc forcément un chevauchement entre la zone de base P et la zone de diffusion P à travers le masque 7. Ce chevauchement est représenté sur la figure 3 par des petites croix 10. Dans ces conditions, une nappe conductrice 11 est déposée afLn de relier les zones de diffusion P+ sur une étendue dloh sont exclues les zones 10 de chevauchement. Cette configuration est vue plus clairement sur les figures 4 et 5 qui sont respectivement des vues en coupe de la figure 3 selon XY et selon ZU, (la coupe selon FG ayant déjà été représentée sur la figure 2). La figure 4 représente donc la vue en coupe du dispositif au niveau de la nappe conductrice lt reliant les zones de base. On y vit le substrat t de type N+, le collecteur2dbtype N et les zones 13 de type P+ qui ont été diffusées à travers le masque 7 et sur les quelles on effectue ensuite la métallisation 11. La figure 5 représente la vue en coupe du même dispositif sclon un axe UZ perpendiculaire au précédent 2Y. "e chevauchement 10 entre la zone de base 4 et les zones 13 de type P+ très fortement dopé, apparat très clairement. A travers un masque 70 sont ménagées des fenêtres 71 et 72 à travers lesquelles la couche métallique 11 établit la connexion de base et la couche métallique 6 la connexion d'émetteur. Afin d'abaisser la résistance série du collecteur, une seconde variante est prévue conformément à l'invention. Ce perfectionnement est représenté schématiquement sur la figure 6. il consiste à réaliser entre les doigts d'émetteur 5, une diffusion 20 de type v allant éventuellement jusqu'à rencontrer le substrat . Cette diffusion est réalisée à travers un masque de diélectrique non représenté sur la figure avant la diffusion à travers le masque 3 de l'émetteur 5 et de la base 4. Les exemples décrits se rapportent à un dispositif élaboré sur un substrat de silicium de type N , mais il est évidemment possible d'élaborer un dispositif conforme à l'invention à partir d'un substrat de type P+. Dans ces conditions, les zones de collecteur de base et d'émetteur sont de type de conductivité opposée à celle de l'exemple décrit précédemment. tes techniques de diffusion et de masquage sont les techniques classiques utilisées actuellement dans la technologie planar.En particulier, la couche de diélectrique peut être une couche de silice obtenue par oxydation "in situé du silicium. Cependant, la diffusion n'est pas le seul procédé possible pour obtenir le dispositif conforme à l'invention. En effet, les zones 13 de la figure 4 et 20 de la figure 6 peuvent être remplacées par des zones implantées. Dans ce cas, ces deux zones peuvent etrc- indifféremment réalisées avant ou après la diffusion de l'émetteur ct dc la base à travers le masque unique selon l'invention. REVENDICATIONS 1. Transistor fonctionnant en hyperfréquence comportant, un substrat servant de collecteur, et au moins une base et un émetteL 2. Transistor selon la revendication 1, caractérisé en ce quTil comprend n doigts d'émetteur, n etant égale ou supérieur à 1 3. Transistor selon les revendications 1 et 2, caractérisé ce qu'il comporte une zone auxiliaire de faible résistivité, fortement dopée de meAme type de conductivité que la zone de base et en contact avec ladite zone de base à chacune des extrémités desdits doigts. 4. Transistor selon la revendication 3, caractérisé en ce que les contacts d'émetteur sont réalisés au moyen d'une couche conductrice déposée localement sur lesdits drifts ;- les contactes de base sont réalisés au moyen dTune couche conductriee reliant lesdites zones auxiliaires à l'exclusion desdits doigts. 5. Transistor selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux doigts et entre lesdits doigts une zcq-e très fortement dopée de même conductivité que le collecteur.