Brevet FR2735617A1 — publié le 19961220

CELLULE FONCTIONNELLE À TRANSISTOR MOS ET DIODE RAPIDE INTÉGRÉE La présente invention concerne le domaine des composants de puissance et plus particulièrement des transistors MOS de puissance. La figure 1A représente une vue en coupe schématique très simplifiée d'un transistor MOS de puissance classique. Un tel transistor est généralement constitué d'un très grand nombre de cellules en parallèle dont un petit nombre seulement a été représenté. Une cellule est délimitée dans la figure entre deux traits verticaux. La structure est constituée à partir d'un substrat de type N faiblement dopé 1 dont la face arrière comprend une région plus fortement dopée 2. Cette face arrière est revêtue d'une métallisation de drain D. Une cellule comprend un caisson de type P constitué d'une partie centrale plus fortement dopée 4 et d'une partie périphérique plus faiblement dopée 5. Dans ce caisson est formée une région annulaire de source 6 du même type de conductivité que le substrat. La région comprise entre le bord externe de cette région annulaire 6 et le bord externe du caisson 5 constitue une région de canal qui est revêtue d'un isolant de grille 8 et d'une métallisation de grille G. Le fonctionnement d'un tel composant est bien connu. Quand une tension est appliquée sur la grille, un canal se forme dans la partie supérieure de la région 5 et un courant peut circuler de la métallisation de drain polarisée positivement vers la métallisation de source polarisée négativement en passant par cette région de canal. Le schéma équivalent d'un tel transistor MOS est illustré en figure 1B où sont indiquées les bornes de source S, de grille G et de drain D. Ce transistor est destiné à fonctionner avec un drain positif par rapport à la source. On notera en outre qu' il existe une diode 10 en antiparallèle sur le transistor qui correspond à la jonction entre le substrat 1 et les régions centrales 4 des caissons. Dans de nombreux montages, on tire avantage de la présence de cette diode et 1 'on souhaite qu'elle devienne très rapidement conductrice dès que la source devient positive par rapport au drain.Un moyen connu pour accélérer la rapidité de cette diode consiste à former dans le substrat des centres de recombinaison de porteurs, par exemple par diffusion d'atomes métalliques tels que de l'or ou du platine. Toutefois, la création de centres de recombinaison dans le substrat provoque d'autres inconvénients parmi lesquels on peut mentionner les suivants - il n' est pas possible en pratique de former des diffusions métalliques dans une partie seulement d'une puce de silicium et, si 1' on veut former plusieurs composants verticaux dans un même substrat, la diffusion pourra être gênante au niveau des autres composants - les gains des transistors sont modifiés ; - principalement avec l'or, et dans une moindre mesure avec le platine, la résistivité des couches, et donc la résistance à l'état passant du transistor de puissance, augmente - le courant de fuite à chaud des jonctions augmente de plu sieurs décades. Un objet de la présente invention est de prévoir un transistor MOS vertical à diode inverse rapide sans création de centres de recombinaison de porteurs dans le substrat. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un transistor MOS vertical à diode inverse dans lequel la diode inverse présente une chute de tension en direct aussi faible que possible tout en présentant toujours les avantages d'un faible courant de fuite en inverse comme les diodes bipolaires classiques. Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit un transistor MOS vertical à diode en antiparallèle, dans lequel chaque cellule comprend un substrat d'un premier type de conductivité, un caisson du deuxième type de conductivité, et un anneau du premier type de conductivité formé dans le caisson et constituant une région de source séparée de la périphérie du caisson par une région de canal revêtue d'une grille isolée. Le caisson est interrompu en au moins un emplacement de sa partie centrale et est revêtu d'un conducteur choisi pour former un contact ohmique avec la région de source et la portion centrale du caisson et pour former un contact de type Schottky avec la ou les portions du substrat affleurant dans la partie centrale du caisson. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le conducteur susmentionné est de l'aluminium ou un siliciure de métal tel que du platine, du nickel, du titane, du molybdène ou une combinaison de ces métaux. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la face arrière comprend une couche du premier type de conductivité à fort niveau de dopage. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la face arrière comprend des régions du deuxième type de conductivité fortement dopée en regard des régions de grille, et des régions du premier type de conductivité fortement dopées en regard des régions centrales des caissons. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles les figures 1A et 1B illustrent l'état de la technique et le problème posé la figure 2 est une vue en coupe schématique d'un transistor MOS vertical selon la présente invention ; et la figure 3 illustre une variante du transistor de la figure 2 formant un transistor de type IGBT. La figure 2 représente une vue en coupe schématique d'un transistor MOS de puissance selon la présente invention. Ce transistor est présenté de façon similaire à celui de la figure 1A et de mêmes parties sont désignées par de mêmes références. Deux différences apparaissent entre le transistor selon la présente invention et celui de la figure 1A. La première différence est que le caisson 4-5 est discontinue au niveau de sa partie centrale, c'est-à-dire qu'il existe au niveau de cette partie centrale au moins une zone 11 occupée par une partie du substrat 1 de type N. La deuxième différence est que la métallisation de source comprend, au contact de la face supérieure du substrat, une couche conductrice 12 choisie pour former un contact ohmique avec la région de source 6 et la partie intérieure du caisson 4, et pour former un contact Schottky avec la zone 11 constituée d'une portion de substrat à conductivité non modifiée. La couche conductrice 12 peut par exemple être de l'aluminium ou un siliciure de métal tel que du platine, du nickel, du titane, du molybdène ou une combinaison de ces métaux, par exemple un siliciure de platine-nickel. Pour la reprise de contact sur la face supérieure du composant, on souhaite généralement que la couche terminale de la métallisation soit en aluminium.Ainsi, si la couche conductrice 12 est un siliciure, elle sera revêtue d'un barrière de diffusion (par exemple une couche de titane, titane/tungstène ou nitrure de titane) puis d'aluminium. La ou les ouvertures 11 formées dans la partie centrale du masque de définition du caisson devront avoir un diamètre choisi, comme cela est enseigné par exemple dans l'article de B.J. Baliga paru dans IEEE Electron Device Letters, vol. EDL-5, n" 6, juin 1984. Ainsi la diode 10 correspondant, d'une part, à la diode PN entre les régions 1 et 4, d'autre part, à la diode Schottky entre la région 1 et le conducteur 12, a, en direct, un comportement de diode Schottky, c'est-à-dire une très faible chute de tension et une grande rapidité et, en inverse, un comportement de diode à jonction PN, c'est-à-dire un très faible courant de fuite. On atteint donc bien les buts visés. La figure 3 représente une variante de la présente invention dans laquelle on réalise, au lieu d'un transistor MDS de puissance à diode inverse, un transistor de type bipolaire à grille isolée (IGBT) à diode inverse. Le composant de la figure 3 est identique à celui de la figure 2 sauf que, du coté de la face arrière, la couche 2 de type N+ est remplacée par une couche 14 de type P+. Cette couche 14 est interrompue en regard des parties centrales des cellules individuelles du composant où elle est remplacée par des régions 15 de type N+. Ainsi, la présence des régions de type P+ sous les régions de grille confère à la structure une caractéristique de transistor IGBT, comne cela est bien connu, et la présence des régions 15 de type assure l'existence de diodes inverses qui auront les avantages décrits précédemment en relation avec la figure 2. Comme on l'a indiqué précédemment, un avantage important de la présente invention est que le composant décrit peut être associé à divers autres composants verticaux formés dans le même substrat, par exemple une diode connectée entre 1 'une des bornes du transistor et une borne de sortie. En d'autres termes, ce composant pourra constituer un élément d'un circuit intégré de puissance tel que décrit dans la demande de brevet français 94/16011 du 30 décembre 1994 au nom de la demanderesse. La présente invention est susceptible de diverses variantes qui apparaitront à l'hortine de l'art. Notamment, la structure de transistor MDS a été décrite de façon extrêmement schématique et simplifiée. Les divers perfectionnements usuels aux structures de transistors MOS pourront bien évidemment être adaptés à la présente invention. REVENDICATIONS 1. Transistor MOS vertical à diode en antiparallèle, dans lequel chaque cellule comprend un substrat (1) d'un premier type de conductivité un caisson (4-5) du deuxième type de conductivité un anneau (6) du premier type de conductivité formé dans le caisson et constituant une région de source séparée de la périphérie du caisson par une région de canal revêtue d'une grille isolée (G) caractérisé en ce que ledit caisson est interrompu en au moins un emplacement de sa partie centrale et est revêtu d'un conducteur (12) choisi pour former un contact ohmique avec la région de source (6) et la portion centrale (4) du caisson et pour former un contact de type Schottky avec la ou les portions (11) du substrat affleurant dans la partie centrale du caisson. 2. Transistor selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit conducteur est de l'aluminium ou un siliciure de métal tel que du platine, du nickel, du titane, du molybdène ou une combinaison de ces métaux. 3. Transistor selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face arrière comprend une couche (2) du premier type de conductivité à fort niveau de dopage. 4. Transistor selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face arrière comprend des régions (14) du deuxième type de conductivité fortement dopée en regard des régions de grille, et des régions (15) du premier type de conductivité fortement dopées en regard des régions centrales des caissons.