Brevet FR2529389A1 — publié le 19831230

J 2529389 TRANSISTOR DE COMMUTATION DE PUISSANCE A STRUCTURE DIGITEE. La présente invention concerne le domaine des tran- sistors de commutation de puissance pour lesquels on cherche à obtenir une vitesse de commutation aussi élevée que possible De façon classique, les électrodes d'émetteur et de base de tels transistors sont en forme de peignes interdigités, c'est-à-dire que l'électrode d'émetteur comprend des doigts allongés encadrés par des doigts de base. La figure l A représente à titre d'exemple une vue de dessus d'une telle structure classique, les figures 1 B, IC et 1 D représentant des vues en coupe selon les lignes B-B, C-C et D-D indiquées en figure l A. Comme le montre la figure 1 B, un transistor de puissance classique comprend en partant de la face inférieure vers la face supérieure une couche 1 de type N+ à fort niveau de dopage, une couche 2 de type N à faible niveau de dopage, ces deux couches correspondant au collecteur du transistor, une couche 3 de type P ou couche de base, et une couche 4 de type N+ occupant une partie de la surface de la couche 3 de type P Cette couche 4 ou couche d'émetteur est revêtue d'une métallisation d'émetteur 5 Une métallisation de base est en contact avec une partie de la couche de base 3 et une métallisation de collecteur 7 est en contact avec la surface inférieure de la tranche semiconductrice. En considérant la vue de dessus de la figure l A et l'ensemble des vues en coupe des figures 1 B, l C et 1 D, on peut voir dans la représentation schématique donnée à titre d'exemple que chaque métallisation d'émetteur 5 comprend des doigts 5 a et au moins une zone élargie 5 b Cette zone 5 b sert à connecter entre eux les divers doigts 5 a et permet également d'assurer une liaison avec un fil de connexion soudé, généralement par ultra-sons ou par thermo-compression, sur cette zone De même, l'électrode de base 6 comprend des doigts allongés 6 a entrelacés avec les doigts d'émetteur et une zone élargie 6 b De façon classique, la zone d'émetteur 4 de type N+ dont la frontière est représentée en poin- tillés en figure l A a sensiblement le même contour que l'électrode d'émetteur 5. On rappellera, comme cela est bien connu, que l'on emploie généralement, pour des transistors de commutation, des structures interdigitées présentant une longueur de jonction base/émetteur aussi grande que possible pour améliorer la rapidité de passage à l'état bloqué du transistor Les doigts utilisés doivent être aussi minces que possible pour éviter les phénomènes de focalisation des lignes de courant au moment du blocage. Néanmoins, les structures adoptées telles qu'illustrées en figure 1 n'éliminent pas aussi bien que cela serait souhaitable ces inconvénients étant donné la présence des zones élargies d'émetteur 5 b et de base 6 b. Ainsi, un objet de la présente invention est de prévoir des transistors de puissance à structure interdigitée à com- mutation rapide dans lesquels l'influence sur le fonctionnement du transistor des zones élargies de contact d'émetteur et de base soit éliminée de façon à accroître les vitesses de commutation. Pour atteindre cet objet, ainsi que d'autres, la présente invention prévoit un transistor de commutation de puissance comprenant des métallisations d'émetteur et de base interdigitées, chacune de ces métallisations comprenant une zone élargie destinée à permettre une prise de contact, dans lequel des régions d'émetteur disjointes sont formées dans la couche de base seulement sous les doigts de la métallisation d'émetteur La zone élargie de la métallisation d'émetteur repose sur une couche iso- lante sous laquelle se trouve une région semiconductrice de même type que la couche de base mais disjointe de celle-ci. Supplémentairement, la présente invention prévoit que la zone élargie de la métallisation de base repose au moins ponctuellement sur une couche semiconductrice de même type que les régions d'émetteur, mais disjointe de celle-ci En outre, la partie centrale de chaque doigt de la métallisation de base pourra reposer sur une zone semiconductrice de même type que la région d'émetteur, mais disjointe de celle-ci, seules les parties latérales de chaque doigt'étant en contact avec la couche de base. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: les figures l A à 1 D sont des vues très schématiques d'un transistor à structure interdigitée de l'art antérieur et ont été décrites précédemment, les figures 2 A à 2 E sont une vue de dessus et diverses vues en coupe, partielles et très schématiques, destinées à illustrer divers aspects de la présente invention. Dans ces diverses figures, aucune échelle n'est respectée, ni à l'intérieur d'une figure, ni d'une figure à l'autre Bien au contraire, conformément à l'usage dans le domaine de la représentation des semiconducteurs, les diverses couches, régions et zones ont été arbitrairement dilatées ou réduites dans le seul but de faciliter la lisibilité des figures. Comme le montre la vue en coupe de la figure 2 B, la structure selon l'invention est élaborée sur un substrat compre- nant une couche 11 de type N+ et une couche 12 de même type de conductivité mais faiblement dopée dite N- La face inférieure de la couche N+ est revêtue d'une métallisation de collecteur 10. Contrairement au cas de la figure l B, il n'existe plus au-dessus de la couche N une couche de type P continue, mais cette couche est divisée en plusieurs régions disjointes La région principale 13 correspond à la région de base du transistor dans laquelle sont diffusées des régions d'émetteur 14 de type N+. Dans la vue de dessus de la figure 2 A, on a représenté des métallisations interdigitées d'émetteur 15 et de base 16 comprenant des doigts entrelacés 15 a et 16 a et des zones élargies de contact 15 b et 16 b Selon un premier aspect de la présente invention, les zones d'émetteur 14 de type N+ sont constituées de zones disjointes présentes seulement sous les doigts d'émetteur a Les frontières de ces zones sont figurées en tiretés dans la figure 2 A La métallisation d'émetteur repose sur ces zones 14 au niveau des doigts 15 a et est isolée de la couche semiconductrice sousjacente par une couche d'oxyde 17 sous la région élargie 15 b (figures 2 B et 2 C) En outre, pour que cette couche d'oxyde 17 ne soit pas soumise à une tension importante et pour éviter que d'éventuels défauts dans cette couche produisent des court- circuits entre les zones de base et d'émetteur par contact entre la métallisation d'émetteur et la couche de base, cette couche de base 13 est interrompue sous la zone élargie 15 b, sous laquelle se trouve une région de type P 18 disjointe de la région de base 13. On notera néanmoins que cette région 18 doit être aussi proche que possible de la région de base 13 pour permettre que la région in- termédiaire 19 corresponde à une zone déserte dès que les tensions de fonctionnement du transistor sont établies Dans ce même but, on a représenté en figures 2 B et 2 C, à la gauche de la région 18, une autre région 20 de type P disjointe des deux régions précéden- tes et remplissant en quelque sorte une fonction d'anneau de garde En figure 2 A, les limites des zones de type P, 13, 18 et 20 sont indiquées par des tiretés. Selon un autre aspect de la présente invention, on cherche à éviter les zones mortes sous les métallisations de base, ces zones mortes constituant des diodes parasites collecteur/base qui consomment une partie du courant de base quand le transistor se trouve à l'état de saturation et qui accroissent la durée de passage du transistor de l'état conducteur à l'état bloqué Pour ce faire, il est prévu, sous la partie élargie 16 b de la métallisation de base 16, une zone diffusée de type N+ 21 Dans la figure, cette zone Ni est placée sous toute la métallisation de base sauf sous sa partie en regard des doigts d'émetteur La zone 21 de type N+ peut être interrompue par endroits, la couche de base 13 remontant au contact de la zone élargie 16 b de la métallisation de base selon des lignes ou des points. De même, la partie centrale de chacun des doigts de base, sensiblement sur toute leur longueur peut reposer sur une zone diffusée 22 de type N+ La figure 2 E qui représente de façon agrandie une partie de la vue en coupe selon D-D de la figure 2 D, montre mieux comment est positionnée la diffusion 22 de type N+ par rapport à un doigt de base 16 a A titre d'exemple numérique, si la distance entre deux doigts d'émetteur est de l'ordre de 150 microns, la largeur du doigt de base 16 a, en con- tact avec la couche semiconductrice, peut être de l'ordre de 60 microns et la largeur de la zone diffusée 22 de type N+ de l'ordre de 40 microns, le doigt de contact de base 16 a étant ainsi en con- tact avec la couche de base de type P sur des largeurs de 10 mi- crons à la gauche et à la droite de la région centrale 22. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits ci-dessus Elle en englobe les diverses variantes et généralisations incluses dans le domaine des revendications ci-après. Notamment, les divers aspects de la présente invention pourront être utilisés séparément ou en combinaison, sur seulement une partie d'une structure de transistor ou sur tout un tran- sistor, ou encore sur un transistor disposé dans une pastille semiconductrice comprenant d'autres composants élémentaires associés à ce transistor. REVENDICATIONS. 1 Transistor de commutation de puissance comprenant des métallisations d'émetteur ( 15) et de base ( 16) interdigitées, cha- cune de ces métallisations comportant une zone élargie ( 15 b, 16 b) destinée à permettre une prise de contact, caractérisé en ce que des régions d'émetteur disjointes ( 14) sont formées dans la couche de base ( 13) seulement sous les doigts ( 15 a) de la métallisation d'émetteur, la zone élargie de la métallisation d'émetteur repo- sant sur une couche isolante ( 17) sous laquelle se trouve une région semiconductrice ( 18) de même type que la couche de base ( 13), mais disjointe de celle-ci. 2 Transistor selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance entre les limites adjacentes de ladite région semiconductrice et de la couche de base est aussi faible que possible. 3 Transistor selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone élargie de la métallisation de base repose au moins partiellement sur une couche semiconductrice ( 21) de même type que les régions d'émetteur, mais disjointe de celle-ci. 4 Transistor selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite couche semiconductrice est interrompue ponc- tuellement ou linéairement par des remontées de la couche de base. Transistor selon la revendication 3, caractérisé en ce que la partie centrale de chaque doigt de la métallisation de base repose sur une zone semiconductrice ( 22) de même type que les régions d'émetteur mais disjointe de celles-ci, seules les parties latérales de chaque doigt'étant en contact avec la couche de base. v