Brevet FR2248611A1 — publié le 19750516

La présente invention concerne ltétablissement d'un profil de concentration des impuretés actives dans la base à faible résistance de composants semiconducteurs à quatre couches et plus, fabriqués avec un élément mono-cristallin. Les solutions connues pour établir des composants à quatre couches et plus, en particulier des thyristors,se servent d'un simple profil de concentration en impuretés actives obtenu par diffusion d'une impureté choisie de façon appropriée, dans la base faiblement résistante, Une telle solution conduit, soit à un gradient dé concentration important sur la couche de blocage et, par suite,à une tension de blocage relativement faibld,soit à un gradient de concen tration peu important et,par par suite, à une faible efficacité des dérivations de 1'émetteur, ctest-à-dire des micro-conducteurs de dérivation, ce qui conduit de nouveau à une efficacité médiocre en fonction de la température àun du/dt faible et à une réduction du niveau de tension de l'amplification de commande de tout le système. Les inconvénients indxués peuvent etre supprimes,suivant l1invention,en faisant appel à un profil de concentration où la base faiblement résistante est formée par une zone à faible concentration et une zone à forte concentration, la zone à faible concentration,ou' le gradient de concentration en impuretes actives est à son minimum, limitant la base très résistante et ayant à peu près une largeur telle que la quantité totale des impuretés actives dans cette zone est égale à la quantité des impuretés actives dans la base très résistante, et la zone à forte concentration a ,sur le coté touchant la zone d'émetteur, la concentration la plus élevée possible, qui cependant peut être égale au maximum à 1/50 dela concentration superficielle des impuretés actives : cette concentration est constante le long de la zone b grande concentration ou diminue progressivement en direction de la zone à faible concentration, et, sur la surface limitée par rapport à la zone de faible concentration,le gradient de concentration des impuretés actives est supérieur à 1018 cm-3. Le profil de concentration des impuretés actives dans la base faiblement résistante est établi dans du silicium par diffusion combinée d'aluminium et de bore OU de gallium ou par croissance épitaxiale, la concentration des impuretés actives de la zone à haute concentration ne dépassant pas 2 % de la concentration superficielle en impuretés active dans la zone de ltémetteur.La largeur de la zone à forte concentration est choisie, en fonction de la géométrie du micro-conducteur de dérivation, de telle sorte que si la température envisagée est à son maximum et si la vitesse d'élévation de la tension de blocage est aussi au maximum, la distribution des potentiels le long du passage PN entre la zone de ltémetteur et la zone à forte concentration est telle que ltefficacité d'injection de ce passage PN est sur toute la surface plus petite que la valeur suffisante pour la commutation. Les dessins ci-joints représentent un exemple de réålisation d'une structure à quatre couches avec un profil de concentration en impuretés actives conforme à l'invention. - la figure 1 représente sehématiquement la succession des couches de la structure et leur branchement entre les raccords principaux du composant. - la figure 2 représente le profil de concentration en impuretés actives le long de toute la.structure comme valeur absolue de la différence des donneurs et des accepteurs. Le type de conductibilité élecltrique des couches se différencie par les hachures. La base faiblement résistante 1 est divisée en deux zones : la zone à faible concentration 11, qui touche la base à forte concentration 2 et la zone à forte concentration 12 qui touche la couche d'émetteur 3, avec le micro-conducteur de dérivation M. La zone à faible concentration il .BR distingue par un gradient de concentration minimum en impureté actives al, par ticulièrement au voisinage du passage PN entre cette zone et la base très résistante 2. La grandeur du gradient de concentration des impuretés actives al est choisie en concordance avec la concentration en impuretés actives de la base très résistante 2 et avec la tension de blocage limite nécessaire. La largeur de la zone à faible concentration 11 est choisie telle qu'elle soit à peu près égale à la zone de charge spatiale quand la tension de blocage maximum est appliquée. Cette condition correspond accessoirement à la largeur pour laquelle la concentration totale en impuretés actives delazone à faible concentration 11 est égale à la concentration totale en impuretés actives de la base très résistante 2. La zone à forte concentration 12 doit être choisie telle que la concentration N1, le long de toute cette zone, soit maximale et constante ou progressivement décroissante, mais soit cependant égale au maximum à 2 % de la concentration superficielle N03 de la zone d'émetteur. Il est proposé de choisir le gradient de concentration en impuretés actives a2 de la zone à forte concentration 12 de la surface limite vers la zone de faible concentration 11, maximum ou supérieur à 1018 cl 3. A la base très résistante est encore contigGe une autre couche d'émetteur 4, la structure à quatre couches représentée est munie de contacts électriques extérieurs 51, 61 qui sont branchés sur les raccords principaux 5, 6 du composant. Grâce à la disposition décrite ci-dessus, on obtient une efficacité maxima du micro-conducteur de dérivation M avec une largeur minima de la zone à forte concentration 12. La largeur de la zone à forte concentraction 12 doit entre choisie,en fonction de la géométrie du micro-conducteur de dérivation M,de telle sorte que si la température exigée et la vitesse d'augmentation de la tension de blocage sont au maximum, la distribution des potentiels le long du passage PN, entre la oouche d'émetteur 3 et la zone de forte concentration 121 est telle que ltefficacité d'injection de ce passage PN sur toute la surface est plus petite que la valeur suffisante pour la commutation de la structure. Le profil de concentration décrit peut être établi par iiffusion combinée ou par combinaison d'une diffusion et d'une croissance épitaxiale. Avec du silicium,dont la conductibilité de base est N, il est par exemple appliquée une diffusion combinée d'aluminium et de bore ou de gallium. Un profil de concentration idéal, presque rectangu lairetde la zone à forte concentration 12 peut être obtenu, par exemple, par croissante épitaxiale. Grâce à la division de la base faiblement résistante en deux parties et à l'établissement du profil de concentration conformément à l'inventionp il est, d'une part possible de régler pratiquement l'allure de l'intensité du champ électrique dans la zone de charge spectrale#dans les environs du passage PN entre la base faiblement résistante et la base très réslstantes et d'obtenir ainsi des tensions de blocage maxima, d'autre part, d'augmenter l'efficacité des micro-dérivations et d'évitsr ainsi des actions de commutation indésirables, qui seraient la conséquence d'une augmentation de la température, d'une montée rapide de la tension de blocage ou d'autres influences. L'augmentation de la température de service peut conduire à une augmentation éventuelle de la possibilité de charge en courant du composant. Bien entendus l'invention n'est pas limitée è l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté à partir duquel on pourra prévoir d'autres variantes. REVENDICATIONS 10) Profil de concentration en impuretés actives dans la base à faible résistance d'un compo sant semi-conducteur à quatre couches ou plus,où les couches ont des types de conductibilité alternées et portent des micro-dérivations au passage PN entre la couche eni#t#tric# et la base à faible résistance, caractérisé en ce que la base faiblement résistante (1) est formée par une zone à faible concentration (11) et une zone à forte concentration (12), la zone à faible concentration, ou le gradient de concentration en impuretés actives (Ai) est au minimum, étant contiguë à la base très résistante et ayant,en outre, une largeur telle que la quantité totale des impuretés actives dans cette zone est égale à la quantité des impuretés actives dans la base très résistante, (2) et la zone à forte concentration (12) sur le cEté contigüe à la couche d'émetteur (3) ayant, suivant les possibilités,la plus forte concentration en impuretés actives (N1 ), qui cependant est au minimum 1/50 de la concentration superficielle des impuretés actives (N03) dans la couche émetteur (3), cette concentration étant constante le long de la zone à forte concentration (12) ou diminuant peu à peu en direction de la zone à faible concentration (11) et, sur- la surface qui limite la zone à faible concentration t.l), le gradient de concentra tion en impuretés actives (a2) est supérieur à 108 cm . 20) Profil de concentration en impuretés -actives dans la base faiblement résistante suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est établi dans du silicium par diffusion combinée d'aluminium et de bore ou de gallium, ou par croissance épitaxiale, la concentration en impuretés actives (N2) de la zone à forte concentration (12) ne dépassant pas 2 % de la concentration superficielle en impuretés actives dans la couche émettrice (3) 3) Profil de concentration en impuretés actives dans une base faiblement résistante suivant 7'une des revendications I et 2, caractérisé en ce que la largeur de la zone à forte concentration (12) est choisie, an fonction de la géométrie des micro-conducteurs de déviation (M), de telle sorte que, si la température et la vitesse d'aug mentation de la tension de blocage sont au maximum exigé, la dis tribution des potentiels le long du passage PN, entre la couche émettrice(3) et la zone à forte concentration (12), est telle que l'efficaicté d'injection de ce passage PN sur toute la surface est plus petite que la valeur suffisante pour la commutation.