Brevet FR2574595A1 — publié le 19860613

DIAC A ELECTRODES COPLANAIRES L'invention concerne les composants semiconducteurs connus sous le nom de diacs, qui sont des composants à deux bornes ayant des caractéristiques tension-courant à seuil telles que lorsque la tension aux bornes du diac croît en valeur absolue de zéro à une valeur de seuil, le diac reste bloqué et n'est parcouru que par un courant de fuite, puis, lorsque la tension dépasse le seuil, le diac conduit brusquement un courant important, la tension restant aux alentours de la valeur de seuil. Plus précisément, la caractéristique tension-courant du diac présente immédiatement au delà du seuil une partie à faible résistance dynamique négative qui est la cause d'un déclenchement très franc de la conduction du diac. Un diac est réalisé habituellement sous la forme d'une struc- ture tricouche NPN ou PNP dont la région centrale n'est pas reliée à une électrode; ceci correspond essentiellement à un transistor à base ouverte. La construction est symétrique de manière que le diac fonctionne dans les deux sens d'application de tension. Technologiquement, on réalise un diac en partant d'un substrat semiconducteur d'un premier type de conductivité, par exemple P; on diffuse sur les deux faces une région surdopée P+; puis on diffuse sur les deux faces une région fortement dopée de type opposé. La structure résultante est symétrique, N+ P+ P P N+. Des électrodes sont déposées sur les deux faces principales. Un inconvénient de cette structure est le fait que l'épaisseur du substrat semiconducteur de départ impose pratiquement la lar- geur de la base centrale (de type P pour une structure NPN), donc les caractéristiques de conduction du diac. On sera amené souvent à utiliser des substrats d'assez faible épaisseur, avec des risques de casse plus élevés durant la fabrication. La présente invention propose une nouvelle structure de diac dans laquelle les régions extrêmes, métallisées, de la structure tricouche sont formées sur la même face du substrat. Plus précisément, l'invention propose une structure de diac à caractéristique tension-courant présentant une zone de blocage et une zone de conduction, la zone de blocage s'étendant entre une tension nulle et une tension de seuil Vd et la zone de conduction présentant une faible résistance dynamique négative immédiatement au-delà de la tension de seuil Vd, cette structure comprenant dans un substrat semiconducteur une couche d'un premier type de conduc- tivité, une première région et une seconde région du type opposé, séparées l'une de l'autre, s'étendant à partir de la surface sur une 0 même face du substrat, et toutes deux adjacentes à la couche du premier type de conductivité, les première et seconde régions étant recouvertes de métallisations séparées constituant les électrodes de la structure formées sur ladite face du substrat, la couche du premier type de conductivité étant isolée de toute métallisation. De préférence la couche du premier type de conductivité présente une partie de faible dopage et des parties plus dopées adjacentes aux régions du second type de conductivité et séparées par une région étroite de faible dopage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention appa- raîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente un diac classique, - la figure 2 représente un diac selon un premier mode de réalisation de l'invention, -- la figure 3 représente un diac selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. On rappelle pour mémoire à la figure 1 la structure d'un diac classique. La forme générale de la caractéristique tension-courant est représentée sur la même figure avec son seuil Vd, et sa portion A à faible résistance dynamique négative immédiatement au delà du seuil. Le diac est constitué par un substrat de base 10 de type P (diac NPN) dans lequel on a diffusé sur une face une région 12 plus dopée de type P+ et sur l'autre face une région 14 symétrique de la région 12 et de même profil de dopage. Des régions 16 et 18 de type opposé N+, fortement dopées, sont diffusées à partir de chaque face sur une partie de la profondeur des régions 12 et 14. La surface de ces régions 16 et 18 est métallisée pour constituer des électrodes 20 et 22 respectivement, chacune sur une face respective du substrat. Conformément à l'habitude dans ce domaine, les dimensions sont représentées avec des écheiles arbitraires pour les différentes couches, afin de faciliter la représentation. Les caractéristiques électriques (résistance dans l'état conduc- teur notamment) dépendent du dopage et de l'épaisseur de la couche 10 de type P. Un premier mode de réalisation de l'invention est représenté à la figure 2. On part toujours d'un substrat 10 de type P (par exemple),ou d'un substrat quelconque dans lequel on a formé une couche de type P. On forme sur la surface du substrat une couche d'oxyde de masquage 44 dans laquelle on ouvre, par gravure sélective, deux fenêtres 24 et 26 séparées par une région centrale d'oxyde. On diffuse dans ces fenêtres des régions 28 et 30 de même type de conductivité que le substrat mais plus dopées (P+ ). Les régions 28 et 30 restent séparées, au dessous de la région centrale de l'oxyde 44, par une zone 32 ayant la conductivité initiale du substrat. Puis, on diffuse à travers les mêmes fenêtres 24 et 26, moins profondément que les régions 28 et 30, des régions 36 et 38 de type de conductivité opposé, fortement dopées (N++). Ces régions 36 et 38 affleurent sur une même surface du substrat et sont métallisées pour former deux contacts séparés 40 et 42 qui sont les électrodes du diac. L'oxyde 44 recouvre la zone 32 ainsi que l'affleurement des jonctions entre les régions 28 et 36 et entre les régions 30 et 38.Le dopage de type P des régions 28 et 30 est plus faible que le dopage de type N des régions 36 et 38 et il est choisi en fonction de la tension de seuil désirée pour le diac. Le franchissement du seuil (mise en conduction du diac) se fait' normalement par avalanche dans la région de courbure d'une des jonctions N/P ainsi réalisées. Pour ajuster la tension de seuil du diac sans changer le dopage du substrat de départ, on joue sur la profondeur de diffusion des régions N à l'intérieur des régions P dont le profil de concentration est décrois- sant de la surface vers l'intérieur du substrat. A la figure 3 un autre mode de réalisation est donné. Au lieu que les différentes jonctions entre régions N et P remontent vers la surface du substrat, elles arrivent horizontalement sur le bord d'un sillon 46 creusé dans le substrat à partir de sa surface, ce sillon ayant une profondeur supérieure à la profondeur des régions 36 et 38 de type N+ et supérieure également à la profondeur des régions 28 et 30 de type P+. Ce sillon est rempli d'isolant de passivation (verre) et c'est lui qui sépare la région 36 de la région 38 ainsi que la région 28 de la région 30. Par conséquent, les régions 28, 30, 36 et 38 n'ont pas besoin d'être formées par diffusion localisée: elles peuvent être réalisées par diffusion uniforme sur toute la surface du substrat. Le sillon 46 est creusé après cette diffusion uniforme et sépare les régions 28 et 30 pour réaliser une structure à trois régions N+ P N+ comme dans le cas des figures 1 et 2 avec un surdopage P+ au niveau des jonctions entre les régions de type opposé. Ici, la mise en conduction du diac se fait par suite d'un claquage superficiel d'une jonction PIN entre la couche ou le substrat 30 et la région 28 ou 30 à l'endroit o cette jonction rencontre le sillon passive 46 conduc- trice. Pour ajuster la tension de seuil du diac à une valeur désirée, il faut choisir convenablement la profondeur des régions 36 et 38, le profil de concentration 28 et 30 étant décroissant de la surface vers l'intérieur du substrat. Ainsi, la tension de seuil du diac ne dépend plus du substrat de départ. On réalise des métallisations 40 et 42 sur les régions 36 et 38, par exemple par trempage dans un bain chimique qui'dépose du nickel sur le silicium mais non sur le verre de passivation prévu dans le sillon central 46 et dans un sillon périphérique 48. L'encapsulation des dispositifs des figures 2 et 3 se fait par exemple dans un bottier de résine moulée avec des barettes conduc- trices ou des fils d'aluminium soudés entre les surfaces métallisées et 42 et des broches extérieures selon les techniques utilisées par 14595 exemple pour des thyristors. Le diac selon l'invention peut éga- lement être intégré dans un substrat semiconducteur comportant par ailleurs un autre composant tel qu'un triac par exemple. REVENDICATIONS 1. Structure semiconductrice de diac, possédant deux élec- trodes (40, 42) et une caractéristique tension-courant présentant une zone de blocage et une zone de conduction, la zone de blocage s'étendant entre une tension nulle et une tension de seuil Vd, et la zone de conduction présentant une faible résistance dynamique négative immédiatement au delà de la tension de seuil Vd, cette structure comprenant dans un substrat semiconducteur une couche (30) d'un premier type de conductivité (P), une première région (36) et une deuxième région (38) du type opposé (N), plus dopées, séparées l'une de l'autre, formées sur une même face du substrat (30), et toutes deux adjacentes à la couche du premier type de conductivité, les première et deuxième régions étant recouvertes de métallisations séparées (40, 42) constituant les électrodes de la structure formée sur ladite face du substrat, la couche du premier type de conductivité étant isolée de toute métallisation. 2. Structure semiconductrice selon la revendication 1, carac- térisée en ce que les jonctions entre la première région et la couche du premier type de conductivité ainsi qu'entre la deuxième région et la couche du premier type de conductivité remontent à la surface du substrat et sont recouvertes d'une substance isolante (44) séparant les deux métallisations (40, 42). 3. Structure semiconductrice selon la revendication 1, carac- térisée en ce que les jonctions entre la première région et la couche du premier type de conductivité ainsi qu'entre la deuxième et la couche du premier type de conductivité sont planes et affleurent sur le flanc d'un sillon passivé (46) séparant les deux métallisations(40, 42). 4. Structure semiconductrice selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la couche du premier type de conductivité présente une partie de faible dopage et des parties plus dopées (28, ) adjacentes aux régions du second type de conductivité et séparées par une région étroite de faible dopage (32). 5. Structure semiconductrice selon la revendication 4, carac- térisée en ce que les parties plus dopées (28, 30) ont un profil de concentration décroissant de la surface vers l'intérieur du substrat.