FR2493603A1 - Dispositif semiconducteur - Google Patents
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Abstract
DISPOSITIF SEMICONDUCTEUR COMPORTANT UN CORPS SEMICONDUCTEUR MUNI D'UN TRANSISTOR BIPOLAIRE COMPORTANT UNE ZONE DE COLLECTEUR FORMEE PAR UNE PARTIE D'UNE REGION SEMICONDUCTRICE 2, UNE ZONE DE BASE 5 AINSI QU'UNE ZONE D'EMETTEUR 11 NOYEE DANS LA ZONE DE BASE. LA ZONE DE BASE 5 EST RELIEE A UNE METALLISATION DE BASE 9, LA ZONE D'EMETTEUR 11 A UNE METALLISATION D'EMETTEUR COMPORTANT UNE ELECTRODE DE CONNEXION D'EMETTEUR 16. ENTRE L'EMETTEUR ET LE COLLECTEUR DU TRANSISTOR, ON A MONTE UNE DIODE DONT UNE PREMIERE ZONE 19 FAIT PARTIE DE LA REGION SEMICONDUCTRICE 2 ET DONT LA SECONDE ZONE 20 EST ENTIEREMENT ENTOUREE DE LA PREMIERE ZONE 19 ET SE SITUE, EN PROJECTION, ENTIEREMENT DANS L'ELECTRODE DE CONNEXION 16 D'EMETTEUR. CETTE ELECTRODE DE CONNEXION 16 D'EMETTEUR EST RELIEE A LA SECONDE ZONE 20 DE LA DIODE.
Description
-1-
"DISPOSITIF SEMICONDUCTEUR"
L'invention concerne un dispositif semiconducteur
comportant un corps semiconducteur muni d'un transistor bi-
polaire comportant une zone de collecteur formée par au moins une partie d'une région semiconductrice de premier type de conductivité, une zone de base de second type de conductivi- té opposé au premier, contiguë à la zone de collecteur et à une surface du corps semiconducteur partiellement recouverte d'une couche isolante, zone de base qui est raccordée à une métallisation de base à travers une fenêtre de contact de base pratiquée dans la couche isolante, ainsi qu'une zone d'émetteur de premier type de conductivité noyée dans la zone
de base et raccordée, à travers une fenêtre de contact d'é-
metteur pratiquée dans la couche isolante, à une métallisa-
tion d'émetteur munie d'une électrode de connexion d'émet-
teur qui peut être reliée à un conducteur de connexion, alors qu'une diode est montée entre l'émetteur et le collecteur du transistor, diode dont une première zone est formée par une partie de la région de premier type de conductivité et dont la seconde zone de second type de conductivité est contiguë
à la surface et est raccordée à la métallisation d'émetteur.
Un tel dispositif semiconducteur peut servir par exemple de transistor de commutation dans les circuits de déviation horizontale des récepteurs de télévision. Dans ce cas, la diode montée entre l'émetteur et le collecteur du
transistor - dite aussi diode économisatrice - sert notam-
ment à augmenter la linéarité du circuit.
La demande de brevet français publiée sous
le N0 2 422 259 préconise un - dispositif semiconduc-
-2- teur du genre décrit dans le préambule, dans lequel la seconde zone de la diode, zone contiguë à la surface, est juxtaposée au transistor dans le corps semiconducteur et est raccordée à une branche spéciale de la métallisation d'émetteur. La seconde zone de la diode et la zone de base du transistor font partie d'une même région semiconductrice de second type de conductivité. Dans cette région, on a formé une résistance de séparation entre la seconde zone de la diode et la zone de base du transistor, résistance qui
permet d'éviter qu'au moins localement, la jonction base-
émetteur du transistor ne soit pratiquement court-circuitée à travers cette région semiconductrice et la métallisation d'émetteur - qui est reliée tant à la seconde zone de la
diode qu'à la zone d'émetteur du transistor.
L'un des inconvénients du dispositif semiconducteur
connu décrit réside dans le fait que, dans le corps semi-
conducteur, la diode et sa résistance de séparation se si-
tuent à côté du transistor. Cette configuration nécessite une partie de la surfade du corps semiconducteur qui ne
peut être alors utilisée pour la réalisation du transistor.
De ce fait, la puissance pouvant être commutée par le tran-
sistor est plus faible que si cette surface était utilisée
pour la réalisation du transistor.
L'invention vise, entre autres, à fournir un dispo-
sitif semiconducteur comportant un transistor bipolaire et
une diode économisatrice du genre décrit ci-dessus, dispo-
sitif dans lequel on a remédié auxdits inconvénients.
L'invention se base, entre autres, sur l'idée que le but visé peut être atteint par l'incorporation de la diode
à la structure de transistor.
Conformément à l'invention, *un dispositif semiconduc-
teur du genre décrit dans le préambule est remarquable en ce que la seconde zone de la diode est entièrement entourée de la première zone et se situe, en projection, entièrement dans l'électrode de connexion d'émetteur, cette électrode -3- étant raccordée à la seconde zone à travers une fenêtre de
contact pratiquée dans la couche isolante. Dans ces condi-
tions, la diode est formée entièrement au-dessous de l'é-
lectrode de connexion d'émetteur et se trouve ainsi incor-
porée à la structure de transistor. Cela n'exige pas une partie supplémentaire de la surface du corps semiconducteur qui, de ce fait, peut être utilisée de façon optimale pour la réalisation du transistor. La première zone de la diode se trouve entre la seconde zone de la diode et la zone de base du transistor. Cela signifie que, dans les conditions de régime de fonctionnement, il se trouve une jonction pn bloquée entre la seconde zone de la diode et la zone de base du transistor. Cela permet d'éviter un court-circuit de la jonction base-émetteur du transistor à travers le corps semiconducteur et la métallisation d'émetteur. Ainsi, la séparation entre la seconde zone de la diode et la zone de base du transistor est très efficace et, de plus, elle exige un espace tellement faible que l'ensemble de la diode
et de cette séparation peut être formé entièrement au-
dessous de l'électrode de connexion d'émetteur. Grâce à la mesure conforme à l'invention, une résistance de séparation telle que prévue dans le dispositif semiconducteur connu
décrit est entièrement superflue.
Un mode de réalisation préférentiel du dispositif semiconducteur conforme à l'invention est remarquable en ce que le bord de la seconde zone de la diode se trouve à une si faible distance de la zone de base du transistor que les
zones d'épuisement de la jonction collecteur-base du tran-
sistor et de la jonction pn de la diode se réunissent dans les conditions de régime de fonctionnement. De cette façon, les plans équipotentiels dans la région semiconductrice de
premier type de conductivité ne sont pratiquement pas per-
turbés par la présence de la diode. Cela pourrait affecter
la tension de claquage du dispositif semiconducteur.
-4-
Conformément à l'invention, un dispositif semi-
conducteur de fabrication simple, du genre décrit dans le préambule, est remarquable en ce que la seconde zone de la diode s'étend jusqu'à pratiquement la même épaisseur que la zone de base du transistor. Dans ce cas, la formation dans le corps semiconducteur de la seconde zone de la diode et de la zone de base du transistor peut se réaliser en une même opération - par exemple par diffusion. Cela permet de limiter le nombre d'étapes supplémentaires nécessaires à la fabrication d'une diode économisatrice dans le dispositif
semiconducteur muni d'un transistor.
La description qui va suivre en regard des dessins
annexés donnés à titre d'exemple non mieux comprendre comment l'invention La figure 1 représente une tique d'un dispositif semiconducteur La figure 2 représente une dispositif semiconducteur suivant la
figure 1.
La figure 3 représente une dispositif semiconducteur suivant la
figure 1.
La figure 4 représente une dispositif semiconducteur suivant la
figure 1.
limitatif permettra de
est réalisée.
vue de dessus schéma-
conforme à l'invention.
coupe transversale du ligne II-II de la coupe transversale du ligne IIIIII de la coupe transversale du ligne IV-IV de la Les figures sont schématiques et non à l'échelle; dans les coupes transversales, notamment les dimensions dans le sens de l'épaisseur sont fortement exagérées pour la clarté du dessin. Les zones semiconductrices de-même type de
conductivité sont hachurées dans le même sens; sur les fi-
gures, des parties correspondantes sont indiquées par les
mêmes références.
Le dispositif semiconducteur selon les figures 1 à 4 comporte un corps semiconducteur l muni d'un transistor
bipolaire. Le corps semiconducteur 1, constitué par un maté-
-5- riau semiconducteur approprié tel que le silicium, comporte
une région semiconductrice 2 de premier type de conductivi-
té, dans cet exemple de type n, à concentration de dopage relativement faible d'environ 1014 atomes par cc et d'une épaisseur de 90/um par exemple. La région semiconductrice 2 est reliée à une couche d'électrode 4 par une zone 3 de type
n à concentration de dopage relativement élevée, par exem-
ple de 1020 atomes par cc, et d'une épaisseur de 7/um par
exemple.
Le transistor bipolaire comporte une zone de collec-
teur formée par la partie de la région semiconductrice 2 qui
est contiguë à une zone de base 5 de second type de conduc-
tivité opposé au premier - dans cet exemple donc de type p -
d'une épaisseur de 30/um par exemple. A son tour, la zone
de base 5 est contiguë à une surface 7 du corps semiconduc-
teur 1, surface qui est partiellement recouverte d'une cou-
che isolante 6 - par exemple en silice. La zone de base 5 est raccordée par une fenêtre de contact de base 8 pratiquée dans une couche isolante 6 à une métallisation de base 9 par exemple en aluminium, dont les bords sont indiqués par les pointillés 10 sur la figure 1. Dans la zone de base 5, est
noyée une zone d'émetteur 11 du premier type de conductivi-
té - donc ici de type n - d'une épaisseur de 7 /um par exem-
ple qui comporte un certain nombre de régions d'émetteur en forme de bandes 12 - dite aussi doigts d'émetteur. La zone d'émetteur 11 - avec les doigts d'émetteur 12 - est reliée par une fenêtre de contact d'émetteur 13 pratiquée dans la couche isolante 6 à une métallisation d'émetteur 14 dont les
bords sont indiqués sur la figure 1 par les pointillés 15.
La métallisation d'émetteur 14 comporte une électrode de contact d'émetteur 16 reliée ici à un conducteur de connexion 17 qui, pour la clarté du dessin, n'est indiqué que sur la figure 3. L'électrode de contact d'émetteur 16 a une surface relativement grande; dans cet exemple, elle a la forme d'
une bande ayant, au milieu, une largeur de l'ordre de 500/um.
-6-
Cela permet d'établir le contact sur une surface relative--
ment grande de sorte que, en cas de fabrication en série du dispositif semiconducteur, le conducteur de connexion 17
peut être fixé mécaniquement.
La zone de base 5 et la zone d'émetteur il avec ses doigts d'émetteur 12 forment une jonction pn se terminant a la surface 7 suivant une ligne qui, sur la figure 1, est
indiquée par la référence 18.
Entre l'émetteur et le collecteur du transistor, c'est-à-dire entre la métallisation d'émetteur 14, 16 et la couche d'électrode 4, on a monté une diode dont une première zone est formée par une partie 19 de la région 2 de premier type de conductivité, et dont la seconde zone 20 de second type de conductivité est contiguë à la surface 7 et est
raccordée à la métallisation d'émetteur 14, 16.
Conformément à l'invention, la seconde zone 20 de la diode est entièrement entourée de la première zone 19 et se
situe, en projection, entièrement dans l'électrode de con-
tact d'émetteur 16D L'électrode de contact d'émetteur 16 est raccordée à la seconde zone 20 à travers une fenêtre de contact 21 pratiquée dans la couche isolante 6. De ce fait, la diode se situe entièrement au-dessous de l'électrode de
contact d'émetteur 16. Cela n'exige pas une partie supplé-
mentaire de la surface 7 du corps semiconducteur 1 de sorte que celui-ci peut être utilisé de façon optimale pour la formation du transistor 11, 12, 5 et 2. La première zone 19 de la diode se trouve entre la seconde zone 20 de la diode et la zone de base 5 du transistor. Cela signifie que, dans les conditions de régime de fonctionnement, il se trouve une jonction pn bloquée entre la seconde zone 20 et la zone de base 5. Cela permet d'éviter la mise en court-circuit de la jonction base-émetteur du transistor à travers le corps semiconducteur et la métallisation d'émetteur 14, 16. Cette séparation entre la seconde zone 20 et la zone de base 5 est très efficace et, en outre, elle exige si peu d'espace que - 7 - l'ensemble de la diode 19, 20 et de cette séparation peut être formé entièrement au-dessous de l'électrode de contact
d'émetteur 16.
Le bord 22 de la seconde zone 20 de la diode se situe à une si faible distance du bord 23 de la zone de
base 5 que, dans les conditions de régime de fonctionne-
ment, les zones d'épuisement de la jonction collecteur-base (2, 5) du transistor et de la jonction pn (19, 20) de la diode (zones qui sont indiquées schématiquement par les
pointillés 24) se réunissent. Ainsi, au cours du fonction-
nement, les plans équipotentiels dans la région semiconduc-
trice 2 de premier type de conductivité ne sont pratique-
ment pas perturbés par la présence de la diode 19, 20, per-
turbation qui, si elle existait, risquerait d'affecter la tension de claquage du dispositif semiconducteur. Dans ces conditions, la distance entre les bords 22 et 23 est de
l'ordre de 80/um.
La seconde zone 20 de la diode s'étend jusqu'à pra-
tiquement la même épaisseur que la zone de base 5 du tran-
sistor: c'est la raison pour laquelle les deux zones 20 et peuvent être réalisées en une même opération, par exemple par diffusion. Cela permet de limiter le nombre d'étapes supplémentaires de mise en oeuvre du procédé nécessaires à
la formation de la diode (19, 20) dans le dispositif semi-
conducteur.
Pour éviter le claquage aux bords du corps semicon-
ducteur 1, celui-ci est muni de manière usuelle d'une gorge 26 remplie de verre de passivation 25, ainsi que d'une zone
27 dite d'interruption de canal, de premier type de conduc-
tivité et d'une profondeur qui est pratiquement égale à
celle des régions d'émetteur 11 et 12. Cette zone d'inter-
ruption de canal 28 est reliée à une métallisation 29 par
une fenêtre de contact 28.
La fabrication du dispositif semiconducteur décrit
ci-dessus peut se faire entièrement par des méthodes couram-
-8-
ment utilisées dans la technique des semiconducteurs.
Il sera clair que l'invention n'est nullement limi-
tée à l'exemple de réalisation donné dans lequel un seul transistor est prévu sur un corps semiconducteur, mais que l'homme de l'art peut imaginer de nombreuses variantes sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, l'invention peut
être appliquée à des transistors qui font partie d'un cir-
cuit intégré tel que, par exemple,- un circuit Darlington.
De plus, dans l'exemple de réalisation, le type de conduc-
tivité de toutes les zones et régions semiconductrices peut être remplacé (simultanément) par le type opposé. Au lieu
de silicium, on peut utiliser un autre matériau semiconduc-
teur tel que le germanium, ou un composé III-V tel que 1' arséniure de gallium. Au lieu de silice, on peut utiliser une autre couche isolante par exemple en laque organique et, au lieu d'aluminium, on peut utiliser d'autres métaux pour
la métallisation tels que le tungstène ou le chrome.
-9-
Claims (3)
1. Dispositif semiconducteur comportant un corps semiconducteur muni d'un transistor bipolaire comportant une zone de collecteur formée par au moins une partie d'une région (2) semiconductrice de premier type de conductivité, une zone de base (5) de second type de conductivité opposé au premier, contiguë à la zone de collecteur (2) et à une
surface (7) du corps semiconducteur partiellement recouver-
te d'une couche (6) isolante, zone de base qui-est raccor-
dée à une métallisation (9) de base à travers une fenêtre (8) de contact de base pratiquée dans la couche isolante (6), ainsi qu'une zone d'émetteur (11) de premier type de conductivité noyée dans la zone de base (5) et raccordée, à travers une fenêtre de contact (13) d'émetteur pratiquée dans la couche isolante (6), à une métallisation d'émetteur (4) munie d'une électrode de connexion (16) d'émetteur qui peut être reliée à un conducteur de connexion alors qu'une
diode est montée entre l'émetteur et le collecteur du tran-
sistor, diode dont une première zone est formée par une partie (19) de la région de premier type de conductivité
(2) et dont la seconde zone (20) de second type de conduc-
tivité est contiguë à la surface (7) et est raccordée à la métallisation d'émetteur (14, 16), caractérisé en ce que la seconde zone (20) de la diode est entièrement entourée de
la première zone (19) et se situe, en projection, entière-
ment dans l'électrode de connexion (16) d'émetteur, cette électrode étant raccordée à la seconde zone (20) à travers
une fenêtre (21) de contact pratiquée dans la couche iso-
lante (6).
2. Dispositif semiconducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bord de la seconde zone (20) de -10- la diode se trouve à une si faible distance de la zone de base (5) du transistor que, dans les conditions de régime de fonctionnement, les zones d'épuisement de la jonction collecteur-base du transistor et de la jonction pn de la diode se réunissent.
3. Dispositif semiconducteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la seconde zone (20) de la diode s'étend jusqu'à pratiquement la même épaisseur que la zone de base (5) du transistor0
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