Brevet FR2204889A1 — publié le 19740524

La présente invention se rapporte. Vans le domaine des semiconducteurs, à la réalisation de structures assurant un écoulement optimal de l'énergie calorifique dégagée par le passage des courants dans les dispositifs. Les prises de contact ont souvent, en plus de leur rôle thermique, un rôle électrique de raccordement des régions actives des dispositifs aux circuits d'utilisation, le double rtle qu'elles assument ainsi conduisant à les relier simultanément aux radiateurs et aux connexions nécessaires par des liaisons à faible résistance thermique et électrique. Or, tandis que la réalisation de ces liaisons est relativement aisée dans le cas des dispositifs de dimensions habituellement rencontrées en pratique, réalisation généralement effectuée par emploi de soudure tendre déposée et fondue directement en couche épaisse sur les régions de contact, ~elle s'avère difficile, voire mOrne impossible, lorsque les dimensions des éléments diminuent; l'influence des irrégularités localisées des dépota, et des régions sur lesquelles doivent entre établis les contacts, augmente en valeur relative, compromettant la possibilité de réaliser soit un contact électrique par fil soudé de bonne fiabilité, soit un contact par dépôt métallique d'épaisseur suffisante.L'influence de cette diminution des dimensions est notamment sensible dans le cas de dispositifs semiconducteurs de puissance du type plan, où, pour obtenir à la fois une puissance thermique dissipable et une fréquence de coupure élevées, on adopte pour certaines régions situées sur une face du substrat, à la place d'une structure unitaire, une structure tractionnée avec mise en parallèle des éléments représentant une électrode de meme fonction; ctest le cas par exemple des transistors de puissance mNlti-émetteurs, ou encore des thyristors multi-cathodes. tes dispositifs semiconducteurs selon l'invention ne présentent pas les inconvénients indiqués plus-haut . Dans son principe, l'invention remplace, sur les dispositifs semiconducteurs ,les contacts réalisés, ou sous forme de dépôt épais de métal amorphe, ou par apport local de soudure tendre, par des contacts monocristal lins réalisés localement par décomposition chimique suivant un mode de dépôt connu sous le nom d'épitaxie, le matériau dont sont constitués les contacts étant le même que celui de la région semiconductrice dont ils doivent assurer la liaison thermique et élec trique.Ce mode de dépôt, ainsi qu'il est connu, possède des caractéristiques particulièrement avantageuses, à savoir une vitesse de dépôt élevée, une température de dépôt relativement faible, qui n'affecte pas la structure semiconductrice sous-jacente, une conductivité électrique ajustable librement en valeur et en type, et enfin une délimitation très précise par masquage convenable de tout type. Ainsi, plus précisément, l'invention concerne un dispositif semiconducteur présentant sur une face au moins d'un substrat plan, une pluralité de régions semiconductrices adjacentes, respectivement des deux types de conduction, les régions d'un des deux types comportant des zones en relief assurant leur mise en contact électrique et thermique respectivement avec des circuits et dissipateurs extérieurs , caractérisé en ce que lesdites zones sont réalisées par un procédé d'épitaxie. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après, en s'appuyant sur les figures annexées, où - la figure 1 représente un premier mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention; - la figure 2 représente une variante d'un dispositif selon il invention. La figure 1 représente, vu en coupe, un premier exemple de réalisation de contacts selon l'invention, dans le cas d'un transistor multi-émetteurs. Ce transistor du type NPN, réalisé sur une plaquette de silicium, est constitué d'une zone de collecteur i de #type N , dont une partie externe 2 a été dopée N+ pour en abaisser la résistivité, d'une zone de base 3 , de type P , et d'une pluralité de zones d'émetteur telles que 4 et 5 de type N; une couche isolante de silice 20 , dans laquelle des ouvertures telles que 21 ont été pratiqués en vis-à-vis des émetteurs, recouvre la zone de base 3 Les prises de contact relatives au collecteur et à la base sont respectivement assurées d'une part par une couche Ddtallique 7 déposée sur la face externe 8 du collecteur, et d'autre part, par une pluralité de bandes métalliques telles que 9, 10 et 11, disposées sous la couche de silice et reliées électriquement entre elles è la périphérie du transistor. Par suite des températures élevées auxquelles ces bandes sont soumises au cours de la fabrication, il est avantageux de les réaliser en un matériau conducteur réfractaire, tel que, par exemple, un alliage molybdène-tungstène, dont par ailleurs le coefficient de dilatation est voisin de celui du silicium, et de les recouvrir d'une couche d'un métal non réactif à une température de l'ordre de ioeoo Enfin, les prises de contact électrique et thermique relatives à l'ensemble dee émetteurs sont assurées par des zones en relief telles que 12 et 13, en silicium de type N+ , à faible résistivité.Ces zones sont réalisées simultanément par une méthode d'épitaxie,appliquée sur la face externe de la plaquette opposée è la face externe située du côté du collecteur, et par conséquent ont leur réseau cristallin qui continue celui des émetteurs à travers les ouvertures 21 de la couche isolante 20 . Leur hauteur, donnée à titre d'exemple, peut titre de l'ordre de la largeur d'un des émetteurs. Une couche métallique 22 , de môme fonction et de môme rôle que la couche métallique 7 déposée sur le collecteur, assure à la fois le raccordement électrique avec les circuits extérieurs, et la fixation de dissipateurs thermiques tels que 23 pour le collecteur et 24 pour les émetteurs. Cette couche métallique peut titre réalisée par dépôt de matériaux tels que le cuivre, le molybdène ou le tungstène. La nouvelle structure à prises de contact réalisées par épitaxie présente ainsi, par rapport aux structures connues comportant des prises de contacts décrites plus haut, les avantages apportés par l'excellente régularité géométrique et une localisation très précise de celles-ci. La figure 2 représente, vu en. coupe, un second exemple de réalisation de contacts selon l'invention4 Cet exemple concerne le cas où les émetteurs sont très rapprochés les uns des autres, conduisant à une juxtaposition des prises de contact adjacentes 12 et 13 de la figure 1 , sous la forme d'un seul bloc epitaxique continu 30 Suivant des ordres de grandeur donnés à titre d'exemple, chaque émetteur ayant une largeur de 30 #um , le bloc unique 30 a une épaisseur de l'ordre de 50 Cette structure présente par rapport à celle de la figure 1 l'avantage d'une dissipation calorifique encore améliorée, par suite de la grande surface de contact 31 du bloc épitaxique avec le dissipateur de chaleur 32 , qui lui est fixé par l'intermédiaire de la couche métallique 33 L'invention permet ainsi d'assurer, en apportant la possibilité d'une utilisation simultanée de leurs deux faces principales, une excellente dissipation calorifique aux dispositifs semiconducteurs de dimensions réduites, notamment du type plan. RiJ#V#DICATI0#$ ssVA ATIOtlS 1. Dispositif semiconducteur présentant, sur une face au moins dtun substrat plan, une pluralité de régions semiconductrices adjacentes (3) et (4), respectivement des deux types de conduction, les régions d'un des deux types (4) comportant des zones en relief (12) assurant leur mise en contact électrique et thermique respectivement avec des circuits et dissipateurs extérieurs (24), caractérisé en ce que lesdites zones sont réalisées par un procédé d'épitaxie. 2. Disposi:tif semiconducteur selon la revendication t, caractérisé en ce que lesdites zones sont du meme type de conduction que les régions sur lesquelles elles sont réalisées. j. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites zones en relief s'étendent sur ladite face à l'intérieur des contours apparents des régions de l1autre type de conduction, ces régions étant recouvertes d'une couche d'un matériau électriquement isolant. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites zones en relief s'étendent partiellement à l'intérieur desdits contours apparents, réalisant une pluralité de zones séparées. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites zones en relief s'étendant entièrement à l'intérieur desdits contours apparents, réalisant une sone continue unique. 6. Dispositif selon les revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que lesdites zones en relief sont recouvertes d'une couche métallique électriquement conductrice. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite couche métallique conductrice assure la fixation par soudure d'un dispositif dissipateur d'énergie calorifique. 8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il constitue un transistor où lesdites régions d'un des deux types de conduction constituent' les émetteurs et les régions adjacentes, de l'autre type de conduction constituent la base. 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il constitue un thyristor où lesdites régions d'un des deux types de conduction constituent les cathodes, et les régions adjacentes de l'autre type de conduction constituent la gâchette. 10. Dispositif selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il est muni, sur deux faces opposées, respectivement sur ladite face dudit substrat plan, et celle qui est disposée en vis-à-vis de celle-ci, d'un dispositif dissipateur d'énergie calorifique.