Brevet FR2264391A1 — publié le 19751010

La présente invention concerne les dispositifs à semiconducteurs, et plus particulièrement les diodes semi-conductrices. Des diodes semi-conductrices possédant une structure à deux couches trouvent à l'heure actuelle une large application. Une telle structure est formée par deux couches à conduction de types opposés, d'ordinaire des couches du type p et n, formant une jonction p-n. La résistivité de l'une des couches dépasse de plus de cent fois la résistivité de l'autre-couche, et la couche ayant la résistivité la plus élevée possède une épaisseur relativement faible. L'aire du contact ohmique adhérant à la couche ayant 7a résistivité la plus élevée est à peu près égale à l'aire de la jonction p-n. Ceci fait que la jonction semi-conductrice à l'endroit où elle débouche à la surface de la structure se trouve disposée à proximité du contact ohmique adhérant à la couche ayant la résistivité la plus élevée.De ce fait apparaissent des courants de fuite importants et il peut y avoir un percement électrique de la jonction semi-conductrice à la surface du composant semiconducteur considéré. Bye rapport capacité de charge correspondant à la polarisation inverse minimale/capacité de charge correspondant à la polarisation inverse maximale est très faible et approximativement égal à 4-5 unités. L'invention a pour but de réaliser la structure semiconductrice de la diode de telle manière que soit assurée la possi bilité,de réduire l'intensité du champ électrique au voisinage de la surface de la structure par rapport à l'intensité du champ à l'intérieur de la structure. Le problème posé est résolu selon l'invention par le fait que, dans la diode semi-conductrice comportant une structure formée de couches. de conduction opposée dotées de contacts ohmiques, ces couches formant entre elles une jonction semi-conductrice et ayant des résistivités sensiblement différentes, l'épaisseur de la partie de la couche ayant la résistivité. la plus élevée sur laquelle adhère directement le contact ohmique ne dépasse pas ltépaisseur de la charge spatiale obtenue lorsqu'on applique aux contacts ohmiques une tension de polarisation inverse inférieure à la tension de craquage de ladite jonction semi-conductrice, la distance minimale comprise entre le bord du contact ohmique adhérant à la couche ayant la résistivité la plus élevée et l'endroit où la jonction semi-conductrice débouche à la surface de la structure n'étant pas inférieure à deux fois l'épaisseur de la couche ayant la résistivité la plus élevée. La structure proposée assure un fonctionnement fiable de la diode semi-conductrice, grâce à la valeur indiquée pour l'épaisseur de la couche semi-conductrice ayant la résistivité la plus élevée et à la distance de valeur indiquée comprise entre ie bord de son contact ohmique et l'endroit où débouche la jonction semi-conductrice à la surface de la structure, car lesdites particularités assurent une réduction sensible de l'intensité--du champ électrique près de la surface de la structure par rapport à l'intensité du champ dans l'intérieur de la structure. Il est avantageux que l'aire du contact ohmique adhérant à la couche ayant la résistivité la plus élevée ne dépasse pas la moitié de l'aire de la jonction semi-conductrice. Un tel rapport entre les dimensions du contact ohmique et de la jonction semi-conductrice assure une valeur élevée au rapport capacité à polarisation inverse minimale/capacité à polarisation inverse maximale. La couche ayant la plus faible résistivité peut envelopper la couche ayant la résistivité la plus élevée en formant une jonction semi-conductrice débouchant à la surface de la structure à côté du contact ohmique adhérant à la couche ayant la ;résistivité spécifique la plus élevée, ce qui permet d'assurer la protection de cette jonction contre l'action de l'ambiance. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 représente la diode semi-conductrice en coupe, la jonction p-n débouchant sur la surface latérale ; - la figure 2 représente la diode semi-conductrice dans laquelle la jonction p-n débouche sur la surface frontale à côté du contact ohmique - la figure 3, une vue en plan de la figure 2. La structure semi-conductrice de la diode proposée est formée par deux couches 1 et 2, respectivement de conduction n etp La résistivité de la couche 1 doit être au moins de 100 fois supérieure à la résistivité de la couche 2. Ces couches forment une jonction p-n 3, débouchant sur la surface latérale de la structure. Le choix du rapport des valeurs de résistivité des couches 1 et 2 dépend de l'utilisation à laquelle est destinée-la diode semi-conductrice. Ainsi, par -exemple pour les diodes à haute tension, ce rapport est choisi égal ou supérieur à.1000 et on choisit une épaisseur plus grande pour la couche 1, ce qui assure une plus haute tension de claquage de la jonction p-n à l'intérieur de la structure et à l'endroit où elle débouche à la surface. La surface de la structure semi-conductrice située du c8té de la couche 1 est protégée par une couche de diélectrique 4, possédant une fenêtre 5 dans laquelle se trouve un contact ohmique 6. L' épaisseur (H) de la partie de la couche semi-conductrice 1 ayant la résistivité la plus élevée située sous le contact ohmique est choisie égale à la largeur du domaine de la charge spatiale obtenue pour une tension inférieure à la tension de claquage de la structure. La largeur du domaine de la charge spatiale et la tension de claquage sont déterminées en fonction de la óncentration et du caractère de la répartition des impuretés dans le domaine de la jonction p-n selon des formules bien connues. La distance minimale (L), comprise entre le bord du contact ohmique 6 adhérant à la couche ayant la résistivité la plus élevée et l'endroit où la jonction à semi-conducteurs 3 débouche à la surface de la structure, est au moins égale à deux fois l'épaisseur de la couche ayant la résistivité spécifique la plus élevée située sous ce contact ohmique. L'aire du contact ohmique 6 est égale à la moitié de l'aire de la jonction semi-conductrice 3. L'accroissement de l'aire du contact ohmique 6 au-delà -de la grandeur indiquée n' est pas avantageux à cause de la diminution intense du rapport des capacités maximale et minimale de la diode polarisée en inverse La couche semi-conductrice 2 est dotée d'un contact ohmique 7. La diode proposée peut être obtenue selon le procédé suivant. Sur la surface semi-conductrice de.la pastille de départ, constituée de silicium ayant une conduction de type n et une résistivité égale au moins à 0,01 jet cm, on fait d'abord croire une couche épitaxiale en silicium de type p ayant une épaisseur égale à 5 microns et une résistivité de 20-50 n,cm. Puis en utilisant des procédés photolytopraphiques et par décapage chimique, on crée sur la plaquette, du côté de la couche épitaxiale, des saillies ayant 400 microns de diamètre et 6 microns de hauteur.Ensuite, à une température égale à 1000-11500C, on fait croître une couche mince de bioxyde de silicium et on pratique des fen8tres de 200 microns de diamètre, à travers lesquelles, pour obtenir un contact ohmique, on a réalisé en une etape une diffusion du bore sur une profondeur de 0,5 micron et un apport d'aluminium par vaporisation sous vide, avec un recuit consécutif à une température de 550OC. Puis la plaquette a été divisée en éléments séparés, qui ont été montés dans une capsule en métallocéramique. Lors de l'application d'une tension de polarisation inverse sur une telle diode, le domaine de la charge spatiale s'élargit plus particulièrement dans le domaine 1 à résistivité plus élevée. Alors la largeur da domaine de la charge spatiale à la surface de la structure devient égale à la distance minimale entre le bord du contact ohmique 6 et l'endroit où la jonction semi-conductrice 3 débouche à la surface, ce qui assure une diminution de moitié au moins de l'intensité du champ électrique à la surface de la structure par rapport à l'intensité du champ électrique à la surface de la structure par rapport à I'intensité du champ dans l'intérieur du semi-conducteur, ce qui diminue ainsi le courant de fuite et évite le claquage à la surface de la structure. Sur la figure 2 est représentée une variante de réalisation de la diode semi-conductrice. La structure semi-conductrice possède deux couches 8 et 9 à conduction de type n et p. La couche 8 possède une résistivité au moins 100 fois supérieure à celle de la couche 9. La couche à résistivité moindre entoure la couche 8 ayant la résistivité spécifique la plus élevée, et la jonction p-n 10 qu'elles forment débouche à la surface de la structure à caté d'un contact ohmique tl situé sur la couche ayant la résistivité la plus élevée. Ce contact il se trouve dans une fenêtre 12 pratiquée dans une couche diélectrique de protection 13. Le contact ohm que il est disposé concentriquement (figure 3) au contour de la jonction semi-conductrice 10 débouchant à la surface de la structure et son aire est au moins quatre fois inférieure à l'aire de la jonction p-n. La couche 9 (figure 2) est dotée d'un contact ohmique 14. Les grandeurs H et L sont choisies comme décrit plus haut. La diode proposée fonctionne de façon analogue à la diode de la figure 1. L'avantage d'une telle diode réside dans le fait qu'on assure une meilleure protection de la jonction p-n. L'utilisation des diodes proposées permet d'admettre des tensions de-claquage plus élevées et d'augmenter le rapport capacité maximale/capacité minimale de la diode polarisée en inverse. REVENDICATIONS 1. Diode semi-conductrice comportant une structure formée de couches ayant des conductions de types opposés, dotées de contacts ohmiques, formant entre elles une jonction semi-conductrice et possédant des résistivités substantiellement différentes, caractérisée en ce que 11 épaisseur de la couche ayant la résistivité la plus élevée dans la zone adhérant directement au contact ohmique ne dépasse pas l'épaisseur de la charge spatiale obtenue lors de l'application aux contacts ohmiques d'une tension de polarisation inverse inférieure à la tension de claquage de ladite jonction semiconductrice, la distance minimale comprise entre le bord du contact ohmique adhérant à la couche ayant la résistivité la plus élevée et l'endroit où la jonction semi-conductrice débouche à la surface de la structure étant au moins égale à deux fois l'épaisseur de la couche ayant la résistivité la plus élevée. 2. Diode semi-conductrice selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'aire du contact ohmique adhérant à la couche ayant la résistivité la plus élevée ne dépasse pas la moitié de l'aire de la jonction p-n. 3. Diode semi-conductrice selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche ayant la plus faible résistivité entoure la couche ayant la résistivité la plus élevée et forme avec celle-ci une jonction semi-conductrice débouchant à la surface de la structure à côté du contact ohmique adhérant à la couche ayant la résistivité la plus élevée. 4. Diode semi-conductrice selon la revendication 3, caractérisée en ce que le contact ohmique adhérant à la couche ayant la résistivité la plus élevée est disposé concentriquement au contour de la jonction de semi-conducteurs à l'endroit où elle débouche à la surface de la structure et en ce qu'il a une aire au moins deux fois inférieure à l'aire de la jonction semi-conductrice.