Brevet FR2638899A1 — publié le 19900511

TRANSISTOR BIPOLAIRE DE PUISSANCE ASSOCIÉ A DES TRANSISTORS MOS D'OUVERTURE ET DE FERMETURE La présente invention concerne le domaine de la fabrication des composants semiconducteurs et plus particulièrement une nouvelle structure de transistor bipolaire de puissance associé de façon monolithique un transistor MOS d'ouverture et à un transistor MOS de fermeture. La figure 1 représente un schéma de circuit qui vise i réaliser la présente invention. Ce schéma concerne un commutateur de puissance constitué d'un transistor bipolaire 1 dont le collecteur est relié par une borne Ai à une charge L, elle-même reliée à une première borne d'une source d'alimentation, et dont l'émetteur est relié en A2 i l'autre borne de la source d'alimentation. Pour accélérer les opérations d'ouverture et de fermeture du transistor bipolaire 1, on place entre sa base et son collecteur un commutateur auxiliaire 2 d'aide à la fermeture et entre cette base et ltémetteur du transistor 1 un commutateur auxiliaire 3 d'aide à l'ouverture. Ce montage est relativement classique mais s'avère en pratique relativement difficile à réaliser de façon monolithique et occupe une surface de silicium importante car, dans le cas où le transistor 1 est multicellulaire, ou digité, et occupe une grande surface, il n'est pas possible avec les techniques actuelles d'associer à ce transistor 1 de façon répartie les fonctions des commutateurs d'aide à l'ouverture et d'aide à la fermeture. Un objet de la présente invention est de prévoir une structure intégrée particulièrement dense associant de façon répartie un transistor bipolaire vertical de puissance avec un transistor MOS latéral d'aide à l'ouverture et un transistor MOS vertical d'aide à la fermeture. La présente invention prévoit un transistor bipolaire vertical comprenant sur une face d'un substrat des diffusions d'émetteur en forme de doigts d'un premier type de conductivité disposés dans des doigts de base du deuxième type de conductivité, eux-mêmes disposés dans un substrat du premier type de conductivite constituant le collecteur du transistor bipolaire, dans lequel, dans les doigts de base, d'un côté au moins de chaque doigt d'émetteur s'étendent un premier et un deuxième doigt du premier type de conductivité, une première grille isolée (correspondant à la grille d'un transistor MOS latéral) recouvrant l'intervalle entre le premier doigt et le doigt d'émetteur, une métallisation étant en contact avec les surfaces apparentes du premier et du deuxième doigt et de la partie intercalaire de la région de base, une deuxième grille isolée (correspondant à la grille d'un transistor MOS vertical) recouvrant la partie latérale extrême de la région de base affleurant du côté du deuxième doigt opposé au doigt d'émetteur. Pour fabriquer sous forme monolithique dans une plaquette semiconductrice d'un premier type de conductivité ce transistor bipolaire vertical associé, d'une part, à un transistor MOS vertical connecté entre sa base et son collecteur, d'autre part, à un transistor MOS latéral connecte entre sa base et son émetteur, la présente invention prévoit les étapes successives suivantes effectuées sur la face avant de la plaquette :: - formation de grilles isolées de longueurs distinctes, l'une correspondant à la grille du transistor MOS vertical et l'autre à la grille du transistor MOS latéral - réalisation d'une diffusion de type P dite diffusion de canal sur toute la surface de la plaquette, cette diffusion étant masquée par lesdites grilles mais la longueur de grille du transistor MOS latéral étant choisie en relation avec la diffusion de type P pour que les dopants P se rejoignent sous cette grille - masquage et formation des régions de source du trans istor MOS vertical, de la région de drain du transistor MOS latérai et de la région commune de source du transistor MOS latéral et d'émetteur du transistor bipolaire vertical ; et - formation de zones conductrices respectivement en contact avec ltémetteur du transistor bipolaire vertical, d'une part, et avec les régions de drain du transistor MOS latéral, de source du transistor MOS vertical, et avec la diffusion de type P pour constituer le contact de base du transistor bipolaire vertical, d'autre part. 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 la figure 1 représente un circuit que vise à réaliser la présente invention ; la figure 2 représente, en coupe partielle, un mode de réalisation selon l'invention, sous forme de circuit intégré, du circuit de la figure 1 ; la figure 3A représente la même coupe que celle de la figure 2 à une plus petite échelle ; et la figure 3B représente un exemple de vue de dessus d'une structure selon l'invention. On notera que, dans les diverses vues de structures semiconductrices, comme cela est classique dans la représentation des circuits intégrés intégrés, les dimensions ne sont pas à l'échelle ni à l'intérieur d'une figure ni d'une figure à l'autre, les épaisseurs et largeurs des couches ayant été tracees arbitrairement uniquement dans un but illustratif. La présente invention propose un moyen pour réaliser une association du type de celle de la figure 1 en choisissant comme transistor bipolaire 1 un transistor NPN vertical, comme transistor 2 un transistor MOS vertical de type diffusé et comme transistor 3 un transistor MOS latéral du type à canal formé par diffusion latérale. On désigne par B, C et E les zones de base, de collecteur et d'émetteur du transistor bipolaire 1, par G1, DZ, Si et G2, D2, S2 les zones de grille, de drain et de source des transistors MOS 2 et 3, respectivement. La figure 2 représente un mode de réalisation selon la présente invention d'un circuit tel que celui de la figure 1. Dans la partie gauche de la figure 2, on peut voir un transistor MOS vertical classique de type diffusé 2 formé dans un substrat il. Ce transistor comprend une grille reliée à la borne G1 et des zones de source Si de type N+ formées dans le substrat semiconducteur il de part et d'autre de cette grille, ces zones de source étant disposées dans une région 12 de type P, formée par diffusion après formation de la grille etdans une partie 13 de laquelle peut se former un canal sous l'action de la grille G1. La face arrière du substrat 11 correspond au drain D1 du transistor 2. Dans la couche 12, est formée une région diffusée de type N+, désignée par la référence D2 et correspondant au drain du transistor 3. Ce transistor 3 comprend une grille G2 et une zone de source 52 de l'autre côté de cette grille par rapport à la région D2. La particularité de ce transistor 3 est que sa région de canal résulte d'une diffusion latérale. En effet, sa grille est formée avant la réalisation de la région diffusée 12 de type P. La longueur de cette grille est choisie suffisamment courte pour que cette diffusion de type P se referme sous la grille formant ainsi une région de type P sous la grille, région dans laquelle est susceptible de se former un canal sous l'action de la grille. La diffusion N+ de la source S2 du transistor 3 se prolonge, du côté droit de la figure, pour former la zone d'émetteur E du transistor bipolaire 1 dont la base correspond à la région de diffusion de canal 12 disposée sous cet émetteur. (On pourra egalement prévoir des zones S2 et E disjointes, reliées par une métallisation). Le collecteur C du transistor bipolaire 1, de même que le drain D1 du transistor MOS vertical 2, correspond la face arrière du substrat dans lequel est réalisé le dispositif. Une métallisation 53, non connectée à une borne exté- rieur, recouvre les zones Si et D2 et la partie de la région 12 de type P (région 15 surdopée de type P+). Cette partie 15 correspond à un contact établi avec la région de base du transistor bipolaire 1. Ainsi, on réalise la connexion commune de base du transistor 1, de drain du transistor 3 et de source du transistor 2, comme cela est représenté en figure 1. La métallisation 14 peut, comme cela est représenté, passer, de façon isolée, au- dessus de la grille G1. Les grilles des transistors 2 et 3 sont reliées aux bornes G1 et G2 et une métallisation 16 recouvre la zone de source du transistor 3 et d'émetteur du transistor 1 pour former la borne extérieure A2 du commutateur selon l'invention. La face arrière du dispositif porte une métallisation reliée à l'autre borne extérieure Ai du dispositif. Un avantage de la présente invention est qu'il est possible de réaliser un transistor bipolaire multicellulaire ou un transistor bipolaire digité de grande étendue dans lequel les transistors d'aide l'ouverture et d'aide à la fermeture 2 et 3 sont réalisés de façon repartie. La figure 3A correspond à la même vue que celle de la figure 2 et représente, en utilisant les mêmes références que la figure 2, plusieurs doigts d'émetteurs, de grilles et de métallisations intermédiaires. Les diverses métallisations correspondent par exemple aux dents d'un peigne reliées entre elles de façon ap propriée. Dans cette figure les deux lignes en trait d'axe verticales définissent un motif élémentaire dont la structure se déduit par symétries successives. La figure 3B représente un exemple de vue de dessus d'une structure selon l'invention de type digité. On y a représente les métallisation6 de base (B, 14), les grilles G1 et G2 et les métallisations d'émetteur (E, A2). On notera que, dans le substrat illustre en figures 3A, il sera également possible de former, de façon classique, des caissons contenant des transistors logiques. Outre l'avantage énoncé ci-dessus de possibilité de réa- lisation de circuits d'aide à la commutation répartis, un avantage de la présente invention est que l'ensemble des trois transistors 1, 2 et 3 est réalisé avec les seules étapes technologiques nécessaires la réalisation d'un transistor MOS vertical de type diffusé. C'est-à-aire qu'il n'est prévu que deux diffusions de type P : la diffusion profonde 15 correspondant à la région de contact de base et la diffusion 12 dite diffusion de canal. Toutes les zones N+ sont réalisées par une seule et même diffusion. Bien entendu, la présente invention est susceptible de nombreuses variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. De nombreuses variantes de forme sont notamment possibles. Par exemple, les doigts d'émetteur n'ont pas nécessairement une forme rectiligne. Ces doigts peuvent également constituer des îlots reliés par des métallisations... Les règles habituelles concernant la conception et le dimensionnement des structures stappliqueront, avec des adaptations immédiatement accessibles à l'homme de l'art, à la structure selon l'invention. REVENDICATIONS 1. Transistor bipolaire vertical comprenant sur une face d'un substrat des diffusions d'émetteur en forme de doigts (E) d'un premier type de conductivité disposées dans des doigts de base (12) du deuxième type de conductivité, eux-m8mes disposés dans un substrat (11) du premier type de conductivité constituant le collecteur du transistor bipolaire, caractérisé en ce que, dans les doigts de base, d'un côté au moins de chaque doigt d'émetteur s'étendent un premier (D2) et un deuxième (S1) aoigt du premier type de conductivité, une première grille isole (G2) (correspondant i la grille d'un transistor MOS latéral) recouvrant l'intervalle entre le premier doigt et le doigt d'émetteur, une métallisation (14) étant en contact avec les surfaces apparentes du premier et du deuxième doigt et de la partie intercalaire de la région de base, une deuxième grille isolée (G1) (correspondant a la grille d'un transistor MOS vertical) recouvrant la partie latérale extrême de la région de base affleurant du côté du deuxibme doigt oppose au doigt d'émetteur. 2. Transistor bipolaire vertical selon la revendication 1, caractérisé en ce que la région (15) de la couche de base con prise entre les premier et deuxième doigts est surdopée du deuxiè- me type de conductivité. 3. Procédé de réalisation sous forme monolithique dans une plaquette semiconductrice d'un premier type de conductivité d'un transistor bipolaire vertical associé, d'une part, a un transistor MOS vertical, connecté entre base et collecteur du transistor bipolaire, la face arrière de la plaquette correspondant au collecteur du transistor bipolaire et au drain du transistor MOS vertical, d'autre part un transistor MOS latéral connecté entre base et émetteur du transistor bipolaire, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes effectuées sur la face avant de la plaquette formation de grilles isolées de longueurs distinctes (G1, G2), l'une correspondant à la grille du transistor MOS vertical et l'autre la grille du transistor MOS latéral réalisation d'une diffusion de type P (12), dite diffusion de canal, sur toute la surface de la plaquette, cette diffusion étant masquée par lesdites grilles mais la longueur de grille du transistor MOS latéral étant choisie en relation avec la diffusion de type P pour que les dopants P se rejoignent sous cette grille masquage et formation des régions de source du transistor MOS vertical, de la région de drain du transistor MOS latéral et de la région commune de source du transistor MOS latéral et d'émetteur du transistor bipolaire vertical ; ; formation de zones conductrices (16, 14) respectivement en contact avec ltémetteur du transistor bipolaire vertical, d'une part, et avec les régions de drain du transistor MOS latéral, de source du transistor MOS vertical, et avec la diffusion de type P pour constituer le contact de base du transistor bipolaire vertical, d'autre part.