Brevet FR2002487A1 — publié le 19691017

La présente invention concerne un circuit intégré à état solide et en particulier un circuit intégré à état solide monolithique ou un réseau intégré t. deux bornes composé d'une petite plaquette contentait ou supportant les structures individuelles du circuit à état solide, et ne comportant que deux conduc-5 teurs d'entrée d'électrode. Dans la demande de brevet français *T° ?.V, 177.19^ du 9*12.63 déposée par la c.ernanderesse, on a décrit un circuit intégré monolithique à état solide qui remplit les-fonctions d'une diode de référence équilibrée therniquer.ient, avec une résistance différentielle réduite et ne nécessitant par conséquent que deux 10 conducteurs d'entrée d'électrode. Cette diode de référence équilibrée therni-quement se compose d'un certain nombre de structures de transistors et d'un certain nombre de résistances qui sont toutes disposées de manière Vu pouvoir être placées sur une plaquette semi-conductrice commune, ayant une zone collectrice commune pour les structures de transistors individuelles. Par conséquent 15 ce circuit à état solide intégré monolithique ne requière pas de diffusions d' isolement. Gomme autres exemples de circuits a état solide intégrés ne comprenant que deux conducteurs d'entrée d'électrode, on peut citer les générateurs de courant constant, les circuits de commande parallèles, de uêrae que les circuits de corn-20 mutation qui sont placés dans le conducteur interne des lignes coaxiales ou des résonateurs à cavité. Un conséquence, la présente invention concerne un circuit à état solide intégré, et plus particulièrement un circuit à état solide inté.^ré monolithique, ou un réseau intégré à deux bornes constitué par une petite plaquette con— 25 tenant ou supportant les structures individuelles du circuit à état solide et qui ne comporte que deux conducteurs d'entrée d'électrode. Dans les circuits semi-conducteurs intégrés monolithiques, comprenant plusieurs conducteurs d'entrée d'électrode, faits de fils fins, les contacts sont constitués suivant le procédé bien connu de therno-compression, par l'apylica— 30 tion de chaleur et de pression ou d'ultrasons, et sont appliqués sur les surfaces de contacta^ d'électrode correspondantes. Etant donné que ce contactai n'est réalisé que d'une manière semi-automatique, c'est-à-dire que le contactante proprement dit est réalisé automatiquement, tandis que l'alignement des surfaces de contact des électrodes et des conducteurs d'entrée d'électrode est ef-35 fectué à la main préalablement au contactage proprement dit, au moyen d'un micro-manipulateur, ce procédé est très couteux, De plue, il limite la possibili* té de production en série. En conséquence, la présente invention a pour objet de remplacer ce procédé de contactage connu par des procédés de contactage à la fois moins coûteux, et plus simples. En particulier, il s'agit de permettra 40 également une production en grande série ce qui peut être le cas par exemple en bad original. 69 04438 2 2002487 oe qui concerne les contacts soudés ou les contacts dits à pression, La présente invention a pour objet de prévoir un procédé simple et peu contacta ave:/ coûteux pour zi "'isez*"/'dë tels réseaux: intégrés à deux bornes, c'est-à-dire de les munir de conducteur? d 'eV'tvée d'électrode. 5 Un autre o'bjet de 11 invention est de prévoir ur. procédé simple et peu coû teux pour encapsuler dans un boîtier ces réseaux inté-'Tés â deux bornes, du fait que le coût de fabrication des réseaux: de ce type est n:":''eoté dans une large mesure par les coûts d'assemblage. Suivant l'une des caractéristiques générales de l'invention, pour éviter 1C les problèmes résultant des inconvénients mentionnés ci-dessus, on place sur chacune des de te: surfaces latérales de la plaquette un contact d'électrode disposé au centre, ce contact étant Au type à grande surface par rapport à la surface des structure?.;individuelles, le conducteur d'entrée d'électrode respectif étant connecté au contact d'électrode mentionné ci-dessus, 15 Suivant un autre exemple de réalisation de l'invention, sur l'une des sur faces latérales à partir de laquelle les structures individuelles sont constituées à l'intérieur de la plaquette, ou sur celle-cij,on dispose le contact d'électrode sur une couche de matériau isolant, les structures individuellee~pou— vant, dans certaines circonstances, se prolonger au-dessous de la couche iso— 20 lante ou être groupées autour du contact d'électrode central. Ouivant une autre caractéristique de l'invention, il est également possible de prévoir le contact d'électrode de manière qu'il soit utilisé pour établir directement le contact avec la zone d'une structure individuelle sous-ja-cente. On évite ainsi les pistes conductrices qui, autrement, sont néoessr.ires. 25 II est particulièrement intéressant que le contact d'électrode central soit de forme circulaire. Quand l'ensemble des contacts d'électrode 3ont placés sur l'une des surfaces latérales, il est possible, suivant une autre caractéristique de l'invention, d'établir une piste de connexion conductrice entre ladite surface et le 30 contact d'électrode placé sur l'autre surface latérale. Dans le cas des circuits à état solide intégrés monolithiques, cette piste de connexion conductrice peut être réalisée de différentes manières. Ainsi, par e::emple, la piste de connexion conductrice peut être établie par une zone diffusée, et en particulier par la zone isolante elle-même, cette zone étant de pré— 35 férence diffusée préalablement à la constitution des structures individuelles. Un autre procédé pour obtenir la piste de connexion conductrice, consiste à la constituer par dépôt épi taxi al limité par un masque. Un procédé particulière„:3nù avantageux et simple pour établir la piste de connexion conductrioe consiste à réaliser cette opération au cours d'un processus d'alliage, de préférence ,on-40 duit à une température variable de manière à provoquer un excédent de transfert BAD ORIGINAL " 04438 1 2002487 du matériau nécessaire pour former l'alliage. Dans le cas d'un circuit à état 3olide intégré monolithique comprenant une zone collectrice commune pour l'ensemble des structures individuelles, la piste de connexion conductrice allant de l'une à l'autre des surfaces latérales peut être omise. Dans ce cas, suivant 5 un exemple de réalisation de l'invention, particulièrement avantageux, un revêtement métallique de surface étendue est déposé sur la surfaoe latérale libre (non occupée) de la plaquette portant la zone collectrice. Dans le cas d'un circuit à état solide intégré déposé sur une plaquette isolante, la piste de connexion conductrice est constituée, suivant un autre 10 exemple de mise en oeuvre de l'invention par un conducteur métallique. Les objets et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins ci-annexés dans lesquelj t 15 La figure 1 représente le schéma de principe d'un réseau à deux bornes in tégré qui remplit les fonctions d'une diode de référence équilibrée thermique-ment. La figure 2 représente une vue d'élévation en coupe de la plaquette faite d'un matériau semi-conducteur portant le oircuit à état solide intégré de la fi». 20 gure 1, La figure 3 représente une vue en coupe d'un autre exemple de réalisation de l'invention, La figure 4 représente une vue en plan de l'arrangement des structures individuelles figurées dans le schéma de principe de la figure 1. 25 La figure 5 représente une vue d'élévation en coupe d'un autre exemple de réalisation de l'invention. Les figures 6 et 9 représentent d'autres exemples de réalisation de l'invention. La figure 1 montre le schéma de principe d'un circuit à état solide inté-30 gré monolithique fonctionnant comme diode de référence équilibrée therrniquement. Il comprend les bornes externes marquées par un signe plus ou moins respeotive—-ment. Afin de simplifier la figure, ce circuit est divisé en deux groupes c'est à-dire la structure de transistor A et l'unité B comprenant plusieurs structures individuelles encadrées par un trait mixte. La fonction de cette diode 2e-35 équilibrée thermiquement intégrée monolithique a déjà été décrite dans la demande de brevet précitée N° P.V. 177.198 du 9.12.68 déposée par la demandpresse . La principale caractéristique de ce circuit à état solide intégré monolithique réside dans le fait qu'il comprend une région collectrice commune pour toutes les structures individuelles c'est-à-dire l'élément semi-conducteui lui-40 même. 69 04438 4 2002487 La figure 2 représent© une vue on coupe d'une partie du circuit à état solide intégré monolithique dont le schéma de principe est Représenté à la figure 1, Dans ce cas particulier de matériau aemi-oôhducteui'j la plaquette 2 se j. ooœpose d'une Zone 2a de ty#ê n fortement dopée et, par exemple, d'une zone 5 2b de type n , déposée épitaxialement, de matériau semi-conducteur, appliquée sur oette première zone. Dans cette zone sont enrobées les structures de tran» siétor individuelles, de mène que les autres structures individuelles, La figure représente detix structures de transistor A et C comprenant les deux régions de "base 6a, 6c, de même que les régions émetteurs 20a et 20b enrobées dans les 10 régions de base respectives. Sur les régions émetteurs 20a et 20b sont déposés les contacts d'électrode 4a et 4c respectivement. Cette surface de 1e* plaquette, à l'exception des contacts d^électrode, est recouverte d'une couohe protectrice isolante 3. Une connexion /partant du contact d'électrode 4a et s'étendant sur la couche protectrice 3 aboutit au contaot d'électrode 5 du type à 15 grande surface. Ce contact d'électrode 5 comporte, suivant le procédé connu, un contaot champignon 5a çui y est déposé électriquement ou par tout autre procédé, Les contacts d'électrode 4a ®t 4° peuvent être constitués par des pellicules de métal obtenues par évaporation. Suivant une autre possibilité, les contacts d'électrode 4a- et 4c peuvent être constitués par plusieurs coucheB de raé-20 taux différents, par exemple do chrome et d'argent, ou d'aluminium et d'argent, ou de chrome, d'argent et d'or, ou de nickel et d'or, ou encore de nickel, de plomb et d'étain, assurant ainsi d'une part, un contaot parfait avec le matériau semi-conducteur des zones associées, et constituant, d'autre part, une surface de contact d'électrode permettant l'application ultérieure du contact 25 5a avec des résistances de contact faibles et une parfaite adhérence mécanique. Ceci permet de fixer au contact 5a, suivant un procédé simple, par exemple par soudure, un conducteur d'entrée, ou bien encore la grande surface du contact 5^ peut être utilisée comme support pour une connexion par contact à pression, La surface inférieure de la plaquette 2 porte une électrode 1 du ty-30 pe à grande surface. Dans l'exemple de réalisation montré à la figure 3» l'émetteur 21 dé la structure de transistor A est placé au centre de la plaquette 2. Le contact d' électrode central 5 à grande surface est en contact direct avec la région émetteur 21 de la structure de transistor A. On peut ainsi supprimer le contact d' 35 électrode 4a de la figure 2. La piste conductrice métallique 4b va du contact d'électrode 5 au contact d'électrode 4c de la structure du transistorC, c'est-à-dire, dans ce cas particulier, jusqu'à la région de base de oelui-cij Le contact 5a est relié à son tour au contact d'électrode 5 du type à grande étendue situé au centre. 40 La figure 4 représente s ché mati que ment une vue en plan de la subdivision 69 04438 5 2002487 du circuit à état solide intégré de la plaquette 2, La portion de circuit B de la figure 1 est groupée autour du contact d'électrode central 5. La structure de transistor A est placée dans le coin Supérieur droit de là plaquette 2. La région émetteur de type carré est reliée condactiveront au contact d'électrode 5 5 Par l'intermédiaire de la piste conductrice 4h et du contact d'électrode é-mettrioe 4a. La région de base 6a est reliée à la portion do circuit B par 11 intermédiaire d'une autre piste conductrice 7» La figure 5 représente un autre exemple de réalisation dans lequel, préalablement au dépôt du contact 5&j on dépose une couche isolante diélectrique 10 0 sur le contact d'électrode central 5 déjà existant. Au cours d'une étape ultérieure du processus, et par un procédé photolithographique bien connu, on ménage une ouverture au-dessus de la portion particulière du contaot d'électrode central 5j Çui doit être reliée au contact 5"» dans les cas où la oouclie isolante est en verre, SiO/SiO^, Si^ , Dans le cas de couches diélectriques ne 15 permettant pas d'utiliser le procédé photolithographique, (par exemple dans le cas de polytetrafluoréthylene) il convieiit d'effectuer le dépôt en utilisant des ..iasques appropriés. La figure 6 représente une partie d'un circuit à état solide intégré monolithique dans lequel sont formées des zones de type ai, 9at S?h et 9 e qui sont 20 isolées les unes des autres. L'isoleraent est réalisé en diffusant des zones de type p+ fortement dopées 1Ca et 10b dans la zone 9 de type n, précédemment déposée, et du fait que la zone 9 de type n, au contraire de l'exemple de réalisation de la figure 2, n'est pas appliquée épitaxialement sur une zone de type + + + n mais sur la zone de type p , 2c. Les zones de type p diffusées 10a, 10b se 25 prolongent jusque dans la zone de type p+ 2c. Dans la zone isolante de type u, 9b,est constituée la structure de transistor A dont la région émetteur est supposée être connectée électriquement au contact d'électrode 1 du type à grande surface, prévue sur la face opposée de la plaquette. Four oela, dans un exemple de réalisation de l'invention, la zone isolante diffusée 10b comporte un revê-30 tament Métallique 11 qui est relié au contact d'émetteur 12 de la structure de transistor A par l'intermédiaire de la piste conductrioe 13 prévue sur la couche isolante 3. La figure 7 montre une autre possibilité pour constituer la piste conductrice assurant la connexion avec le contact d'électrode à grande surface 1. 35 Dans ce cas la zone diffusée 10b de type p+, représentée à la figure 6 est cons-tituée par une zone 14 de type p qui est appliquée épitaxialement au moyen d' un masque et qui est recouverte à son toux d'un revêtement de contaçt 11. La figure 8 représente schématiquement une autre variante possible de la piste de connexion conductrice. Dans la zone 9 de type n, une zp'ne 15 de re-40 cristallisation du type p"1" fortement dopée est obtenue par alliage, cette zone BAD ORIGINAL 69 04438 ««• O 2002487 15 se prolongeant à travers la zone 9 d.® type n jusque dans la zone 2c de type + p . 'Jur la surface de la zcne de recristallisation 15 est placé un contact d' électrode 16 gui fait partie intégrante du matériau d'alliage recristallisé. Comme il a déjà étô décrit- il est "?c:sible également de relier à oe contact 5 les zones des structures individuelles du oirouit à état solide, La zone de recristallisation 15 est constituée de préférence en utilisant un procédé d'alliage conduit sous températures variables, Cela veut dire que durant 1'alliageades températures différentes existent aux parties supérieure et inférieure de la plaquette 2, c'est-à-dire que la face sur laquelle est pla^-10 cé le contact d'électrode 1 du type à grande surface est à une température plus élevée que la surface de la aone 9. 2e ce fait, le matériau d'alliage 16, par suite d'un transfert de matériau résultant de la chute de température, traverse la zone 9 dans sa totalité jusqu'à atteindre la zone 2c du type p+. La figure 9 représente un autre exemple de réalisation de l'invention dans 15 lequel la plaquette 2 est faite d'un matériau isolant. Sa surface porte le revêtement de contact 17 sur la surface duquel est disposée une plaquette de transistor 1 o. La surface opposee comporte le contact d'eloctrode du type a (jrande surface 1 qui est relié au revStement de contact 17 par une connexion métallique 18 et le contact 19. 20 Les avantages de la présente invention résident dans le fait que les cir cuits à état solide intégrés conçus sous la forme d'un réseau à deux "bornes peuvent Stre incorporés dans des boitiers convenant aux types classiques de réseaux à deux bornes. En particulier, il est possible d'utiliser les boitiers employés dans les types classiques de diodes semi-conductrices pour les types 25 de circuits à état solide intégrés conçus selon les principes de l'invention. Il est surtout possible, de cette manière, de pourvoir tris rapidement de boi-tier et de conducteurs d'entrée un grand nombre de circuits à état solide du type prévu selon l'invention. Du fait que le prix de revient d'un réseau à deux bornes conçu sous la forme d'un circuit à état solide intégré e3t déterminé 30 dans une large mesure par le ooût de la mise sous boitier, la présente invention permet de pouvoir utiliser des types classiques de boitiers pour diodos, qui sont conçus pour la production en grande série, pour les circuits à état 30-lide intégrés se présentant sous là forme de réseaux à deux bornes. Le principe fondamental de la présente invention peut aussi êtz-e appliqué 35 à (-'-os arrangements de boitiers comprenant trois conducteurs d'entrée d'électrode, dont deux pénètrent par une faoe tandis que le troisième pénètre par la face opposée du boitier, ce qui leur permet d'aboutir au circuit intégré. Dans oe cas, il suffit simplement de prévoir deux contacts d'électrode du type à grande surface qui peuvent être placés côte à côte ou encore ooncentriquement, l'un 40 p:»-6 rapport à l'autre. Cette variante de l'invention convient également aux pro- 69 04438 7 2002487 oéc!ds de fabrication en série, ce qui permet d'obtenir également dans ce cas les avantages mentionnés ci-dessus. En conséquence, des circuits intégrés à trois pôles peuvent aussi être placés dans des boitiers habituellement prévus cet effet. Sien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus on relation avec des exemples particuliers de réalisation, on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. 69 04438 8 2002487 1°) Un circuit à état solide intégré monolithique ayant la forme d'un réseau à deux bornes comprenant une plaquette contenant les structures individuelles du circuit à état solide, et ne comportant que deux conducteurs d'entrée 5 d'électrode et dont le perfectionnement consiste en oe qu'un contact est disposé sur chacune d'une première et d'une seconde surface principale de la plaquette | ce contact est du type à grande surface par rapport à la surface des structures individuelles auxquelles le conducteur d'entrée d'électrode respectif est connecté. 10 2°) Un circuit à état solide comme il est dit en 1°), caractérisé en oe que sur la première surface principale adjacente aine structures individuelles du circuit à état solide, le contact d'électrode est prévu sur une couche de matériau isolant qui repose sur les structures individuelles. 3°) Un circuit à état solide comme il est dit en 1°), caractérisé en ce 15 que sur la première surface principale adjacente aux structures individuelles, le contact d'électrode sert à assurer directement le contact avec la zone d'uno structure individuelle sous- jacente. 4°) Un circuit à état solide comme il est dit en 2, caractérisé en ce que le contact d'électrode placé au centre est de forme circulaire. 20 5°) Un circuit à état solide comme il est dit en 1°), caractérisé en ce qu'une piste de connexion conductrice va à l'électrode de contact disposée sur la seconde surface principale, depuis la première surface principale. 6°) Un circuit a ëtat solide intégré monolithique comme il est dit en 5» caractérisé en ce que la piste de connexion conductrice est constituée par une 25 zone isolante diffusée préalablement à l'application des structures individuelles. 7°) Un circuit à état solide intégré monolithique comme il est dit en caractérisé en ce «que ladite piste de connexion conductrice est constituée par une zone épitaxiale formée à travers l'ouverture d'un masque, 30 8°) Un circuit à état solide intégré monolithique comme il est dit en 5> caractérisé en ce que la piste de connexion conductrice est constituée par une zone de recristallisation obtenue de préférence par un procédé d'alliage conduit sous des températures variables, 9°) Uh circuit à état solide intégré monolithique dans lequel toutes les 35 structures individuelles sont disposées dans une zone collectrice commune, comme il est dit en 1, caractérisé en ce que la seconde surface principale de la plaquette porte un revêtement métallique du type à grande surface. 10°) Uh circuit à état solide intégré déposé sur une plaquette isolante, comme il est dit en 5? caractérisé en ce que ladite piste de connexion conduc-40 trice est constituée par des conducteurs métalliques. 69 04438 2002487 11°) Une acidification du circuit -I-, état solide ..intégré conme il est ~i b en 1°) caractérisé en ce fue le contact d'électrode du type à grande surface placé au centre d'une surface principale de ladite-plaquette est subdivisé en derc: contacts sépares qu5. nprvcnt à contacter différentes structures individuelles . 12°) Un circuit à état solide intégré cornue il est dit en 11°), caractérisé en ce que lesdits contacts séparés sont adjacents. 13°) Un circuit à état Bolide intégré cornue il est dit en 11°), caractérisé en ce que lesdits contacts séparés sont disposés concentriquer.ient. Bad original /