Brevet FR2778790A1 — publié le 19991119

PROCEDE POUR EVITER L'EFFET DE COUPURE BRUSQUE DANS UN REDRESSEUR DE PUISSANCE AVEC UNE TENSION DE CLAQUAGE PLUS ELEVEE DESCRIPTION Domaine de la présente invention La présente invention concerne de manière générale un procédé de fabrication d'un redresseur de puissance, et plus particulièrement, un procédé pour éviter l'effet de coupure brusque dans un redresseur de puissance avec une tension de claquage plus élevée. Contexte de la présente invention Les redresseurs de puissance trouvent de larges applications dans les dispositifs électroniques et les systèmes de puissance, etc. Les points essentiels dans la conception des redresseurs de puissance sont une faible tension de fermeture, une vitesse de commutation élevée et une tension de claquage élevée. La propriété d'une tension de claquage élevée est particulièrement importante dans l'application d'alimentation de puissance. Un redresseur de puissance avec un claquage plus élevé peut accommoder plus facilement une pointe de puissance et fournir un dispositif plus sûr. La figure 1 représente la structure d'un redresseur de puissance classique. Le dispositif est formé en faisant croître par épitaxie une couche à impuretés de type N faiblement dopée 12 sur un substrat de type N+ fortement dopé 10, puis en diffusant une couche à impuretés P+ fortement dopée 14 sur la couche 12. La structure résultante est pourvue d'une électrode anode et d'une électrode cathode sur la couche à impuretés P+ 14 et sous le substrat de type N+ 10, respectivement, afin de former un redresseur de puissance avec une jonction PN. Le redresseur de puissance décrit ci-dessus doit éviter qu'un claquage par avalanche se produise prématurément afin d'assurer une tension de claquage élevée. Plus spécifiquement, l'apparition d'un champ électrique localisé dans la zone de déplétion du redresseur de puissance doit être évitée. Par exemple, les approches classiques pour accroître la tension de claquage consistent à prévoir des plaques de champ ou des anneaux de champ à potentiel flottant dans la zone de déplétion. On évite que la répartition du champ électrique soit localisée en prévoyant les anneaux de champ ou les plaques de champ. Cependant, dans la structure représentée sur la figure 1, la couche à impuretés de type N 12 est formée sur le substrat de type N+ fortement dopé 10 par épitaxie. Des micro-défauts tels que des dislocations se produisent probablement et se propagent à partir de l'interface entre le substrat 10 et la couche à impuretés 12. Comme indiqué sur la figure 2, une dislocation s'est produite entre la couche épitaxiale et le substrat. La dislocation ne provoque généralement pas un claquage par avalanche lorsqu'une faible tension (par exemple, 450 V) est appliquée. La dislocation provoquée par la tension élevée appliquée induit un problème de coupure brusque ce qui réduit la tension de claquage. Résumé de la présente invention L'objet de la présente invention est de proposer un redresseur de puissance avec une tension de claquage accrue en éliminant l'influence de l'effet de propagation de dislocation sur la jonction PN. Pour atteindre l'objet ci-dessus, la présente invention propose un redresseur de puissance comprenant un substrat avec un premier type de conductivité, une couche épitaxiale avec un premier type de conductivité, une couche à impuretés avec un second type de conductivité, et une couche isolante entre le substrat et la couche épitaxiale, dans lequel la couche isolante a pour fonction d'éviter que la dislocation n'influence la jonction PN au-dessus. Les différents objets et avantages de la présente invention seront plus facilement compris d'après la description détaillée suivante lue en conjonction avec les trois dessins annexés. Brève description des dessins La figure 1 est la vue en coupe transversale d'un redresseur de puissance classique; la figure 2 est une photographie au microscope électronique à transmission représentant la dislocation entre la couche épitaxiale et le substrat sous-jacent; et la figure 3 est la vue en coupe transversale du redresseur de puissance selon un mode de réalisation préféré de la présente invention. Description détaillée du mode de réalisation préféré Comme indiqué sur la figure 3, le redresseur de puissance selon un mode de réalisation préféré de la présente invention comprend: un substrat de silicium de type N+ 20 formé par la méthode CZ/FZ/NTD et ayant une épaisseur de 400 20 pm et une orientation , le substrat 20 étant dopé avec du Sb (ou As) à une concentration de 5 x 1020 à environ 1 x 1019 cm'3 de manière à ce que le substrat 20 ait une résistivité de 0,008 à environ 0,02 ohms.cm; une première couche épitaxiale de type N+ 21 formée par épitaxie sur le substrat 20 et ayant une épaisseur de 10 pm, la première couche épitaxiale de type N+ 21 étant dopée avec P à une concentration de x 1020 à environ 1 x 1019 cm- 3 de manière à ce que la première couche épitaxiale 21 ait une résistivité de 0,01 à environ 6 ohms.cm; une deuxième couche épitaxiale de type N 22 formée par épitaxie sur la première couche épitaxiale 21 et ayant une épaisseur de 25 à environ 150 pm, la deuxième couche épitaxiale 22 étant dopée avec un métal du groupe V (tel que P, Sb) à une concentration inférieure à celle du substrat 20 et de la première couche épitaxiale 21 (par exemple, 5 x 1015 à 1 x 1013 cm-3) de manière à ce que la deuxième couche épitaxiale 22 ait une résistivité de 6 à environ 100 ohms.cm; une couche d'impuretés de type P+ 24 formée sur la deuxième couche épitaxiale 22 par diffusion thermique et ayant une épaisseur de 10 à environ 25 pm, la couche d'impuretés 24 étant dopée avec un métal du groupe III (tel que B) à une concentration de 1 x 1015 à environ x 1015 cm-3. Dans la structure mentionnée ci- dessus, la deuxième couche épitaxiale de type N 22 et la couche d'impuretés de type P+ 24 peuvent assurer la jonction PN pour l'opération de redressement et la majeure partie de la déplétion est assurée par la deuxième couche épitaxiale de type N 22- en raison de sa concentration en impuretés plus faible. La première couche épitaxiale de type N+ 21 située entre le substrat de silicium de type N+ 20 et la deuxième couche épitaxiale de type N 22 fonctionne comme une couche isolante. La couche isolante peut éviter que la dislocation influence la jonction PN au-dessus. Pour vérifier l'efficacité de la structure ci- dessus, la performance du redresseur de puissance selon la présente invention est comparée à celle d'un redresseur de puissance classique en appliquant une tension de claquage de 450 V. Le redresseur de puissance classique ne comprend pas la première couche épitaxiale de type N+ 21 et présente les autres composantes du redresseur de puissance selon la présente invention. Le redresseur de puissance classique subit une coupure brusque lorsque la tension appliquée dépasse 450 V et le courant appliqué est d'environ 5 à 100 pLA. En ce qui concerne le redresseur de puissance selon la présente invention, il ne subit pas une coupure brusque même si la tension appliquée dépasse 450 V et le courant appliqué est d'environ plusieurs mA. En résumé, le procédé proposé par la présente invention peut éviter que le redresseur de puissance ne subisse une coupure brusque lorsqu'une tension élevée dépassant 450 V est appliquée. Par conséquent, le redresseur de puissance fabriqué selon le procédé de la présente invention peut fonctionner sous une tension de claquage plus élevée avec un coût réduit. Bien que la présente invention ait été décrite en référence aux deux modes de réalisation préférés de celle-ci, il faut comprendre que l'invention n'est pas limitée aux détails de ceux-ci. Différentes substitutions et modifications ont été suggérées dans la description qui précède, et d'autres apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1. Procédé pour éviter l'effet de coupure brusque dans un redresseur de puissance ayant une tension de claquage plus élevée, comprenant les étapes consistant à: prévoir un substrat semi-conducteur (20) ayant une concentration élevée en impuretés d'un premier type de conductivité; former une couche épitaxiale à semi-conducteur (22) ayant une faible concentration en impuretés dudit premier type de conductivité; former une couche à semi-conducteur (24) ayant une concentration élevée en impuretés d'un second type de conductivité par diffusion thermique; former une zone de déplétion sous ladite couche à semi-conducteur dudit second type de conductivité (24); et former au moins une couche isolante (21) entre ledit substrat semi-conducteur (20) et ladite couche épitaxiale à semi-conducteur (22); caractérisé en ce que ladite couche isolante (21) peut éviter que le micro-défaut sur ledit substrat semi-conducteur (20) n'influence ladite zone de déplétion. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit substrat semi-conducteur (20) est en silicium. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier type de conductivité est le type N, et ledit second type de conductivité est le type P. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier type de conductivité est le type P, et ledit second type de conductivité est le type N. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite couche isolante (21) est une couche épitaxiale P+ ou N+ ayant une épaisseur supérieure à 1 um, et une résistivité inférieure à 5,0 ohms.cm. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite tension de claquage plus élevée est supérieure à 450 V.