Brevet FR2635917A1 — publié le 19900302

La présente invention concerne un transistor possédant une large zone de fonctionnement sûr et, plus particulièrement, un transistor qui peut être utilisé en toute sécurité pour faire fonc- tionner des moteurs, des inverseurs, des sources d'alimentation électrique, des véhicules, etc. On considère qu'une zone de fonctionnement sûr est un intervalle limité d'utilisation dans lequel un transistor peut fonctionner sans détériorer ou endommager le dispositif. Un inter- valle plus fonctionnel de fonctionnement sûr est représenté dans le plan Ic-VcE, qui dépend de la valeur nominale maximale de diffé- rentes variables, par exemple la valeur nominale du courant élec- trique, la valeur nominale de la tension, la valeur nominale de la puissance, et les caractéristiques de claquage secondaire. La figure 2 représente le circuit équivalent d'un transistor NPN qui possède une résistance de charge 22 connectée en série avec l'émet- teur d'un substrat transistor 21 pour élargir la zone de fonction- nement sûr. Un exemple d'un procédé de mise en place d'une telle résistance de charge d'émetteur dans une puce de substrat tran- sistor est décrit par Miura et aI., Electronic Technique, volume 9, n 4, page 59,(1967). On réalise cette structure de transistor principalement à l'aide deux procédés. Dans le premier procédé, on établit un cou- rant uniforme en disposant des résistances de charge dans des parties structurelles respectives situées à l'intérieur d'un émet- teur en forme de doigt par utilisation d'une constante répartie. Les figures 3(a) et 3(b) montrent une puce de transistor que l'on a réalisée en formant une couche de base de type p 2 dans une couche de collecteur de type n 1, et en formant en outre une couche d'émetteur de type n 3 dans la couche de base 2 par un procédé de diffusion. La puce de transistor possède une électrode de base 4 qui est en contact avec ta couche de base 2 et est disposée dans une partie ouverte d'une pellicule d'oxyde 5. Une électrode d'émet- teur 6 est connectée à la couche d'émetteur 3 par l'intermédiaire d'une résistance 31 en forme de pellicule mince. Cette résistance en pellicule mince 31 forme la résistance de charge d'émetteur. Dans un deuxième modèle, la résistance de charge est con- nectée à chaque doigt d'émetteur. Comme représenté sur les figures 4(a) et 4(b) par exemple, l'électrode d'émetteur 6 et chaque élec- trode auxiliaire 61 sont en contact avec la couche d'émetteur 3 via une partie ouverte d'une pellicule d'oxyde 5, o une électrode auxiliaire 61 est disposée dans chaque partie en forme de doigt. L'électrode auxiliaire 61 est connectée à l'électrode d'émetteur 6 par l'intermédiaire d'une résistance 7 disposée à l'intérieur de la couche d'émetteur 3, afin d'amener la résistance de diffusion 7 à former la résistance de charge. Ces deux procédés connus de formation de résistances de charge ont plusieurs inconvénients. Tout d'abord, dans le cas de la résistance en pellicule mince, la variation d'épaisseur de la résistance en pellicule mince provoque des variations de la valeur de la résistance de charge d'émetteur. On utilise généralement une pellicule en silicium polycristallin comme matériau de résistance, mais il est nécessaire de prendre en considération des variations d'épaisseur allant jusqu'à 10 %. Il faut en outre prendre en consi- dération la variation apparaissant dans la diffusion d'impuretés utilisée pour ajuster la valeur de la résistance en silicium poly- cristallin, ce qui rend difficule de rester maitre de la valeur de la résistance. En deuxième lieu, dans le cas de la résistance de diffu- sion, la variation de la valeur de résistance dépend principalement des variations apparaissant dans la diffusion, ce qui rend possible d'ajuster avec précision la valeur de la résistance. Toutefois, comme représenté par la partie hachurée des figures 4(a) et 4(b), le fonctionnement du transistor a lieu dans une partie 32 de fron- tière entre la couche d'émetteur 3 et La couche de base 2, et la valeur de la résistance de charge d'émetteur relativement à cette partie de frontière 32 est plus petite que la valeur de résistance de la partie d'émetteur principal. Par conséquent, le courant élec- trique arrivant à la partie de frontière 32 en provenance de l'électrode auxiliaire 61 augmente, si bien que cette partie est endommagée et que, par conséquent, la zone de fonctionnement sûr n'est pas suffisamment augmentée. C'est donc un but de l'invention de fournir un transistor qui possède une large zone de fonctionnement sûr, par résolution du problème associé à la résistance de diffusion. Selon l'invention, un transistor comprend une couche de base, une couche d'émetteur formée par diffusion dans la couche de base, une couche d'émetteur adjacente à la couche de base, une région de résistance de diffusion disposée entre une région d'émet- teur principale et une région de contact d'électrode d'émetteur, et une région de couche de base disposée en direction du bas dans la couche de base, la région de couche de base étant en contact avec une partie de la région de résistance de diffusion et étant dis- posée de manière à être écartée de la région d'émetteur principale. La région de couche de base possède une concentration en impuretés plus élevée que la couche de base, ou bien, selon une autre possi- bilité, la région de couche de base est disposée de manière à être écartée de la région d'émetteur principale et est plus profonde que la couche de base. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 1(a) est une vue en plan d'un transistor selon un mode de réalisation de l'invention; - La figure 1(b) est une vue en section droite prise sui- vant la ligne 1A-1A de la figure 1(a); - la figure 2 est un schéma de circuit équivalent d'un transistor doté d'une résistance de charge d'émetteur; - la figure 3(a) est une vue en plan agrandie d'un tran- sistor doté d'une résistance de charge d'émetteur selon la technique antérieure; - la figure 3(b) est une vue en section droite du tran- sistor de la figure 3(a); - la figure 4(a) est une vue en plan d'un autre tran- sistor doté d'une résistance de charge d'émetteur selon la technique antérieure; - la figure 4(b) est une vue en section droite prise sui- vant la ligne 4B-4B de la figure 4(a); et - les figures 5, 6 et 7 sont des vues en section droite du transistor de l'invention selon différents modes de réalisation. Sur les figures suivantes, les éléments qui sont communs aux figures 4(a) et 4(b) sont désignés par les mêmes numéros de référence. Sur les figures 1(a) et 1(b), une région d'émetteur principale d'une couche d'émetteur de type n 3 est placée sous l'électrode auxiliaire 61. Une couche p 8 est formée dans la couche de base de type p 2, la couche p 8 entourant l'extérieur de la couche d'émetteur 3 du côté de son électrode d'émetteur et entourant la partie terminale gauche de la région d'émetteur prin- cipale. La couche p 8 est formée séparément par diffusion sélective avant ou après 'la diffusion de la couche de base 2. On réalise cette diffusion sélective en incluant une région de couche d'émet- teur 3 afin de former une région de résistance de diffusion 7. Ainsi, le fonctionnement du transistor, qui comporte la résistance de diffusion 7, s'affaiblit. Sur la figure 5, la couche p 8 est disposée de manière à être écartée de l'électrode auxiliaire 61, dans la couche de base 2, à l'extérieur et sous la région de la résistance de diffusion 7. Une telle structure peut se révéler suf- fisante pour empêcher une réduction de la zone de fonctionnement sûr du dispositif. La figure 6 présente un autre mode de réalisation pos- sible du transistor selon l'invention, dans lequel une partie pro- fonde 9 de la couche de base 2 est disposée du même côté que l'électrode d'émetteur 6 par rapport à la région d'émetteur prin- cipale de la couche d'émetteur 3, et la partie profonde 9 est réa- lisée de manière à être plus profonde que la couche de base 2. On peut réaliser une telle structure en fixant la concentration en impuretés de la surface de substrat du semiconducteur dans la région plus profonde de manière qu'elle soit plus élevée que la concentration en impuretés de la surface de substrat dans la région de couche de base au moment de la diffusion de la couche de base, ce qui fait diffuser profondément les impuretés pendant le pro- cessus de diffusion. Sur la figure 7, la partie profonde 9 de la couche de base n'est disposée que dans une partie de la région de diffusion 7, qui est écartée de la région auxiliaire 61, à l'extérieur et au- dessous de la résistance de diffusion 7. Dans les modes de réalisa- tion ci-dessus décrits, l'invention est appliquée à un transistor NPN, mais elle pourrait aussi bien être appliquée à un transistor PNP. Selon l'invention, le fonctionnement d'un transistor com- portant une résistance de diffusion, qui utilise une résistance de charge d'émetteur dans une partie de la couche d'émetteur, est établi de manière à réduire son intervalle de fonctionnement par comparaison avec un transistor principal, grâce à l'adjonction d'une couche de concentration élevée en impuretés à la couche de base de la partie de fonctionnement du transistor antérieur, ou grâce à la formation d'une partie profonde dans la couche de base du transistor antérieur. Ainsi, on peut empêcher le courant élec- trique et la tension de se concentrer dans la région de la résis- tance de diffusion, ce qui permet de produire un transistor amé- lioré du point de vue de sa zone de fonctionnement sûr. Bien entendu, l'homme de L'art sera en mesure d'imaginer, à partir du transistor dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Transistor caractérisé en ce qu'il comprend: une couche de base (2); une couche d'émetteur (3) formée par diffusion dans la couche de base; une couche de collecteur (1) disposée de manière à être adjacente à la couche de base et écartée de la couche d'émetteur; une région d'émetteur principale formant une partie de la couche d'émetteur; une région. (6) de contact d'électrode d'émetteur, dis- posée sur le dessus de la couche d'émetteur et écartée de la région d'émetteur principale; une région de résistance de diffusion (7) disposée dans la couche d'émetteur entre la région d'émetteur principale et la région de contact d'électrode d'émetteur; et une région de couche de base (8) disposée vers le bas dans la couche de base, ladite région de couche de base étant en contact avec une partie de la région de résistance de diffusion et étant disposée de manière à être écartée de la région d'émetteur principale, la région de couche de base possédant une concentration en impuretés plus élevée que la couche de base. 2. Transistor caractérisé en ce qu'il comprend: une couche de base (2); une couche d'émetteur (3) formée par diffusion dans la couche de base; une couche de collecteur (1) disposée de manière à être adjacente à la couche de base et écartée de la couche d'émetteur; une région d'émetteur principale formant une partie de la couche d'émetteur; une région (6) de contact d'électrode d'émetteur, dis- posée sur le dessus de La couche d'émetteur et écartée de la région d'émetteur principale; une région de résistance de diffusion (7) disposée dans la couche d'émetteur entre la région d'émetteur principale et la région de contact d'électrode d'émetteur; et une région profonde (9) disposée vers le bas dans La couche de base, ladite région profonde étant en contact avec une partie de la région de résistance de diffusion et étant disposée de manière à être écartée de la région d'émetteur principale, la région profonde s'étendant vers le bas dans la couche de collecteur. 3. Transistor selon la revendication 2, caractérisé en ce que la région profonde est disposée sous la région de résistance de diffusion. 4. Transistor selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une région (61) de contact d'électrode auxiliaire, cette région étant disposée sur le dessus de la région d'émetteur principale. 5. Transistor selon la revendication 4, caractérisé en ce que la région profonde est disposée de manière à être adjacente à la région de contact d'électrode auxiliaire. 6. Transistor selon la revendication 4, caractérisé en ce que la région profonde est disposée de manière à être écartée de la région de contact d'électrode auxiliaire. 7. Transistor caractérisé en ce qu'il comprend: une couche de base (2); une couche d'émetteur (3) formée par diffusion dans la couche de base; une couche de collecteur (1) disposée de manière à être adjacente à la couche de base et écartée de la couche d'émetteur; une région d'émetteur principale formant une partie de la couche d'émetteur; une région (6) de contact d'électrode d'émetteur, dis- posée sur le dessus de la couche d'émetteur et écartée de la région d'émetteur principale; une région de résistance de diffusion (7) disposée dans la couche d'émetteur entre la région d'émetteur principale et la région de contact d'électrode d'émetteur; et une région de couche de base (8) disposée vers le bas dans la couche de base, ladite région de couche de base étant en contact avec une partie de la région de résistance de diffusion et étant disposée de manière à être écartée de La région d'émetteur principale. 8. Transistor caractérisé en ce qu'il comprend: une couche de base (2); une couche d'émetteur (3) formée par diffusion dans la couche de base; une couche de collecteur (1) disposée de manière à être adjacente à la couche de base et écartée de la couche d'émetteur; une région d'émetteur principale formant une partie de la couche d'émetteur; une région (6) de contact d'électrode d'émetteur, dis- posée sur le dessus de la. couche d'émetteur et écartée de la région d'émetteur principale; une région de résistance de diffusion (7) disposée dans la couche d'émetteur entre la région d'émetteur principale et la région de contact d'électrode d'émetteur; et une région profonde (9) disposée vers le bas dans la couche de base, ladite région profonde étant en contact avec une partie de la région de résistance de diffusion et étant disposée de manière à être écartée de la région d'émetteur principale.