Brevet FR2005238A1 — publié le 19691212

-1- 0 2005233 La présente invention concerne des dispositifs à semiconducteurs d'une structure nouvelle comportant au moins une poche isolante contenant une résistance et un autre élément de circuit, un transistor à deux fonctions par exemple. 5 Dans les dispositifs à semi-conducteurs tels que les cir cuits intégrés comportant des poches isolantes en matière semi-conductrice, les résistances sont en général formées soit par dépôt ou diffusion dans des poches isolantes séparées d'autres poches similaires contenant d'autres éléments de circuit, soit 10 en appliquant sur la surface supérieure du dispositif une mince pellicule d'une matière résistante. Bien que les résistances ainsi formées aient donné satisfaction pour la construction de nombreux circuits intégrés fabriqués jusqu'à présent, elles conviennent moins à la fabrication de tels circuits à forte densité 15 d'éléments. L'emploi de poches isolantes séparées pour chaque résistance et la formation de ces résistances sous forme de pellicules minces appliquées sur la surface supérieure du dispositif exigent une forte augmentation par ailleurs inutile de cette surface. Le nombre des diverses possibilités d'emploi d'un disposi-20 tif à semi-conducteurs intégrés étant fonction du nombre des éléments électriques contenus dans une pastille donnée, et le nombre des éléments qui peuvent être formés dans une pastille étant fonction de la surface disponible de celle-ci, iléonvient de former lesdites résistances de façon que chacune d'elles occupe la frac-25 tion la plus petite possible de la surface disponible, ceci augmentant les possibilités de complexité du dispositif. Le dispositif à semi-conducteurs de l'invention, qui comprend au moins une poche isolante renfermant une résistance et un autre élément de circuit, a la structure particulière sui-30 vante..Il comporte une couche d'une matière semi-conductrice d'un premier type de conductibilité. Une première région du môme type de conductibilité, mais contenant une proportion d'impuretés notablement plus élevée que la couche semi-conductrice, occupe une partie de la surface inférieure de cette couche. Une 35 deuxième région de conductibilité du type opposé est logée dans la couche semi-conductrice et s'étend jusqu'à la surface supérieure de celle-ci, cette deuxième région surplombant sans la toucher une partie de la première. Une première jonction p-n dont le bord est situé sur la surface supérieure du dispositif 40 est ainsi formée entre la deuxième région et la couche semi- 6907647 -2- 2005238 conductrice. Une troisième région dudit premier type de conductibilité, partant de la surface supérieure du dispositif et logée dans la deuxième région forme avec celle-ci une deuxième ' jonction p-n dont le bord est aussi situé sur la surface supé-5 rieure du dispositif. Une quatrième et une cinquième région séparées l'une de l'autre, dudit premier type de conductibilité mais plus chargées en impuretés que la couche semi-conductrice, sont logées dans cette couche et affleurent sa surface supérieure. Cette quatrième et cette cinquième région surplombent chacune 10 une partie de la première région mais sont séparées de celle-ci et l'une de l'autre, la deuxième région étant de préférence interposée latéralement entre elles. Les résistances de passage entre la première région et la quatrième et entre la première et la cinquième sont fonction respectivement des surfaces des 15 quatrième et cinquième régions. Normalement, la quatrième et la cinquième région ont approximativement la même charge en impuretés, la même nature et la même profondeur. De la sorte, si la surface de la cinquième région est notablement plus faible que celle de la quatrième, la résistance de passage entre la cin-20 quième région et la première est notablement plus élevée que la résistance de passage entre la quatrième région et la première. Si on veut, une sixième région dudit premier type de conductibilité, partant de la surface supérieure du dispositif mais distincte de la troisième région, peut êtrçformée dans la deuxième, 25 cette sixième région formant ainsi avec la deuxième une troisième jonction p-n dont le bord est aussi situé sur la surface supérieure du dispositif. Une telle structure est applicable aux réseaux intégrés à forte densité d'éléments et comportant une pluralité de poches 30 isolantes en matière semi-conductrice, et particulièrement dans le cas où l'une, au moins, de ces poches renferme un ou plusieurs transistors à deux jonctions et dont l'une des régions, le collecteur par exemple, est noyée. La structure de l'invention permet de réduire à un minimum la fraction occupée de la surface du 35 dispositif et de donner à celui-ci par unité de surface des possibilités d'emploi plus nombreuses qu'il n'était précédemment possible. La description qui va suivre, et le dessin annexé donné surtout à titre d'exemple non limitatif, feront mieux comprendre 4-0 comment la présente invention peut être réalisée. 6907647 -3- 2005238 Sur le dessin, annexé : la figure 1 est une coupe schématique faite dans un. ensemble conforme à un mode de réalisation préférentiel de l'invention dans lequel une résistance et un autre élément de circuit 5 sont formés dans une même poche isolante; la figure 2 est une coupe schématique faite dans un ensemble conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention, dans lequel un deuxième émetteur formé dans la poche isolante permet d'obtenir un dispositif semi-conducteur à deux émetteurs, 10 et la figure 3 est une coupe schématique faite dans un ensemble conforme à un troisième mode de réalisation de l'invention, dans lequel il est formé une pluralité de régions de contact s'étendant jusqu'à la surface supérieure du dispositif* 15 La structure conforme à l'invention représentée sur la figure 1 comporte une couche 10 en matière semi-conductrice supportée par un substrat 11. Ce substrat est constitué soit par «If matière conductrice ©Tyfcemi-conductrice, silicium par exemple, aoit en matière isolante, verre par exemple. Pour la facilité 20 de la description, il sera supposé que la matière semi-conductrice constituant la couche 10 est d'un premier type de conductibilité indiqué sur la figure 1 par la lettre "N". Hais, les types de conductibilité des matières semi-conductrices que .comporte le dispositif "peuvent être interchangées (c'est-à-dire 25 celles du type n étant remplacées par des matières du type p, et inversement) sans que les principes de base de l'invention en soient modifiés. Un procédé commode de formation de la couche semi-conductrice 10 sur son substrat de support 11 consiste à procéder par épitaxie. L'isolation entre la couche sentl-condua-30 trice 10 et les autres éléments du dispositif est réalisée par une région isolante 13 entourant complètement la couche semi-conductrice 10 et qui peut être remplie d'une matière isolante de façon à former une poche d'isolation isolée électriquement des autres éléments actifs du dispositif. Cette région isolante 55 13 peut être, formée par uit procédé d'attaque à l'acide analogue à celui utilisé pour la fabrication des transistors aésa* par formation par attaque à Iracide d'une gorge remplie ensuite d'une matière isolante, de silice par exemple, ou par diffusion dans la couche 10 et à partir de sa surface supérieure 14 d'une impu-40 reté donnant à cette région une conduotlbilité du type opposé à > i L 6907647 -4- 2005238 celle de la couche 10. Une première région 15 dudit premier type de conductibilité, maie ayant une concentration plus forte en impuretés appropriées accroissant sa conductibilité (indiquée par 9+) par rapport à celle de la couche 10, est formée sur une 5 partie de la surface inférieure 16 de cette couche. Bans le cas d'un transistor à deux jonctions comportant une base, un émetteur et un collecteur, la région 13 constitue en général le collecteur noyé du transistor. Ce collecteur noyé 15 peut être formé par diffusion avant le dépôt par épitaxie de la couche 10. Une deu- 10 xième région 18 de conductibilité du type opposé indiqué sur la « figure 1 par la lettre "P" et partant de la surface supérieure 14 de la couche 10 est logée dans une partie de cette couche et forme une première jonction p-n 19 dont le bord se situe sur ladite surface supérieure 14. Sans le cas d'un transistor à deux 13 jonctions, cette deuxième région 13 forme généralement la base du transistor. Cette base 18 peut être formée par l'un quelconque des procédés de diffusion bien connus utilisés dans la construction des semi-conducteurs. Une troisième région 20 dudit premier type de conductibi-20 lité est formée à 11intérieur de la deuxième 18. Cette région 20 part de la surface supérieure 14 de la couche serti-conductrice et forme une deuxième jonction p-n 21 dont le bord est situé sur cette surface 14. Sans le cas d'un transistor à deux jonctions, cette région 20 constitue normalement l'émetteur du transistor. 25 Cet émetteur 20 peut aussi être formé par l'un quelconque des procédés de diffusion bien connus en fabrication des semi-con-ducteurs. Une quatrième région 24 dudit premier type de conductibilité mais plus chargée en impuretés appropriées que la couche 10 30 de façon à augmenter sa conductibilité par rapport à celle de cette couche et séparée de la région 18, est formée sur la surface supérieure 14 de la couche 10. Dans les transistors à deux jonctions de conception antérieure, cette quatrième région 24 constituerait normalement un élément permettant d'appliquer une 35 tension sur le collecteur noyé 15 et d'établir une connexion avec une résistance de charge extérieure (non représentée). Cette résistance de charge est en général formée dans ce cas soit dans une poche d'isolation séparée (non roprésentée), soit sur la surface supérieure 14 de la couche 10, soit sur l'extérieur de la 40 couche protectrice 26 du dispositif, ce qui dans tous les cas 6907647 -5- 2005238 occupe inutilement une partie de la surface du dispositif et réduit le nombre des utilisations différentes possibles des éléments électriques qui peuvent être logés dans le dispositif. Pour éviter cet inconvénient, une deuxième région de contact 28, sé-5 parée de la base 18 et surplombant une partie du collecteur 15 est logée dans la poche isolante elle-r-mSme sur la surface supérieure 14 de la couche 10. Cette région de contact 28 est dudit premier type de conductibilité et est plus chargée en impuretés appropriées que la couche 10 de façon à former avec celle-ci une 10 jonction conductrice. De préférence, la base 18 est située entre les deux régions de contact 24 et 28. De la sorte, la région de contact 28 constitue un deuxième élément permettant d'appliquer des signaux sur le collecteur noyé 15 ou d'en recevoir de celui-ci. La structure qui vient d'être décrite constitue un moyen 15 commode d'appliquer une tension d'alimentation sur la région de contact 24 par l'intermédiaire d'une électrode 25 et de recueillir un signal de sortie dans la région de contact 28 par l'intermédiaire d'une électrode 27• On remarquera que les résistances de passage respectives 20 entre le collecteur 15 et les régions de contact 24 et 28 dépendent d'un certain nombre de facteurs parmi lesquels la surface et la profondeur de ces régions, leur teneur en impuretés et la nature de ces impuretés. Si les trois derniers de ces facteurs sont sensiblement les mêmes pour les deux régions de contact 24 25 et 28, ces résistances de passage sont très sensiblement fonction des surfaces respectives desdites régions de contact. Dans de nombreuses applications, il convient que la résistance opposée au passage de la tension d'alimentation soit nettement différente de celle opposée au passage du signal de sortie. Si la 30 surface de la région de contact 28 est notablement inférieure à celle de la région de contact 24, la résistance de passage entre la région 28 et la région 15 est notablement plus grande que celle entre la région 24 et la région 15. Du fait que la région de contact 28 a une faible surface par rapport à celle de la ré-35 gion de contact 24, il est ainsi constitué à l'intérieur de la poche d'isolation contenant le transistor une résistance au passage du signal de sortie relativement élevée par rapport à celle opposée au passage de la tension d'alimentation. Les régions de contact 24 et 28 peuvent être formées par diffusion simultané-40 ment ou en deux opérations, ou encore simultanément au cours de 6907647 _6. 2005238 la formation de l'émetteur 20. En variante, ces régions de contact 24 et 28 peuvent être formées par un procédé- d'implantation d'ions, procédé qui, contrairement aux procédés par diffusion précités, ne nécessite pas un nouveau chauffage du dispositif.' 5 Un autre avantage de la présente invention réside en ce qu'elle permet de former un élément de circuit, un transistor à deux jonctions par exemple, ei; une résistance de charge dans la môme poche isolante, ce qui permet de réduire notablement la surface du dispositif occupée par la combinaison ainsi réalisée. 10 II s'ensuit que la densité par unité de surface des éléments de circuit peut être bien plus élevéô dans un dispositif conforme à l'invention qu'il n'était possible dans lés dispositifs à semi-conducteurs de conception antérieure. La figure 2 représente un autre mode de réalisation de 15 l'invention dans lequel une deuxième région 30 constituant un deuxième émetteur est logée dans la base 31 La figure 3 représente un troisième mode de réalisation de l'invention dans lequel une deuxième région de contact 40 est formée de façon qu'elle soit chevauchée en partie par la 25 base 42 du transistor, ce qui réduit la surface efficace de cette région de contact et augmente la résistance de passage entre cette région et le collecteur noyé 15. En. d'autres termes, ce chevauchement par la base 42 cache une partie de la surface de la région de contact 40 et augmente ainsi ladite résistance 30 de passage. Une autre région de contact 46 dudit premier type de conductibilité peut aussi être chevauchée en partie par une région 47 de conductibilité de type opposé, cette dernière cachant line partie de la surface active du contact 46 et augmentant ainsi la résistance de passage entre ee dernier et le col-35 lecteur noyé 15. Dans l'un et l'autre cas, ou dans une combinaison des deux, une pluralité de régions de contact similaires et donnant chacune accès au collecteur noyé peuvent être formées sur la surface supérieure du dispositif, la résistance de passage entre chacune d'elles et ce collecteur pouvant être réglée 40 par chevauchement par une région de conductibilité de type oppo- 6907647 -7- 2005238 aé cachant une partie de la surface active de la région de contact considérée. £'utilisation des principes de l'invention permet de réaliser un dispositif à semi-conducteurs sur une pastille de 5 1»25 x 1,25 buxl renfermant jusqu'à 200 transistors et 200 résistances. A titre de comparaison, une pastille de mêmes dimensions et construite selon les procédés antérieurs contient moins de 50 transistors et 50 résistances. On voit donc que la présente invention permet de multiplier par un facteur supérieur à quatre 10 las possibilités d'utilisation des dispositifs à semi-conducteurs •t de diviser par quatre le prix de revient de ces dispositifs par élément de circuit. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, mais s'étend à toutes les va-15 riantes conformes à son esprit. 6907647 -8- 2005238 - BETENDICÀTIOffS - 1 - Dispositif à semi-conducteurs comportant au moins une poche isolante renfermant au moids un élément de circuit, et caractérisé en ce qu'il comprend un certain nombre de régions 5 de contact séparées les unes des autres, disposées sur l'une des faces du dispositif et faisant chacune contact électrique dans la poche isolante, la surface effective de l'une au moins, de ces régions de contact ayant une valeur notablement différente de celle des surfaces effectives des autres, ce qui permet 10 de réaliser à l'intérieur de la même poche isolante un grand nombre de circuits de passage des signaux électriques dont les résistances sont nettement différentes les unes des autres. 2 - Dispositif à semi-conducteurs de structure particulière et comportant au moins une poche isolante contenant au 15 moins un élément de circuit, cotte structure étant caractérisée en ce qu'elle est constituée par i une couche en matière semi-conductrice d'un premier type de conductibilité et présentant une surface supérieure et une surface inférieure; une première région de conductibilité de type opposé logée dans cette couche, 20 cette première région formant avec ladite couche une première jonction p-n dont le bord est situé.sur la surface supérieure du dispositif; une deuxième région dudit premier type de conductibilité, logée dans la première et formant avec celle-ci une deuxième jonction p-n dont le bord est aussi situé sur la surface 25 supérieure du dispositif; et une pluralité de régions de contact séparées les unes des autres, occupant chacune une partie de la surface supérieure du dispositif et faisant contact électrique avec la couche semi-conductrice, la surface efficace de l'une au moins de ces régions de contact étant notablement différente 30 de celle des autres, ce qui permet la réalisation dans la couehe semi-conductrice d'une pluralité de circuits de passage de signaux électriques ayant des résistances différentes. 3 - Dispositif selon la revendication 2 et caractérisé en outre en ce qu'il comporte une région dont la conductibilité 35 est élevée par rapport à celle de la couche semi-conductrice, s'étendant sur une partie de la surface inférieure du dispositif et sous lesdites régions de contact sans toutefois les toucher. 4 - Dispositif selon la revendication 3 dans lequel ces régions de contact et ladite zone à haute conductibilité sont 40 logées dans la couche semi-conductrice et s'étendent respective 6907647 -9- 2005238 ment à partir de l'une et de l'autre surface de celle-ci, la teneur en impuretés de cette région à. haute conductibilité et celle des régions de contact étant notablement plus élevées que celle de la couche semi-conductrice. 5 5 - Dispositif selon la revendication 4 dans lequel la dite première région de conductibilité de type opposé est placée latéralement entre deux, au moins, desdites régions de contact. 6 - Dispositif selon la revendication 4 et comportant en omtre une troisième région dudit premi^or type de conductibilité 10 logée dans la première région et séparée de la deuxième, cette troisième région formant avec la première une troisième jonction p-n dont le bord est aussi situé sur la surface supérieure du dispositif. 7 - Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en 15 ce qu'une partie de ladite première région chevauche une partie de l'une, au moins, des régions de contact, ce qui a pour effet de réduire la surface efficace de la ou des régions de contact ainsi chevauchées et d'augmenter notablement la résistance de passage entre ladite région à conductibilité élevée et la ou les 20 régions de contact partiellement chevauchées. 8 - Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en outre en ce qu'il comporte une région dudit type de conductibilité opposé séparée de la première région, placée sur la surface supérieure du dispositif, s'étendant à partir de cette surface 25 et venant recouvrir partiellement l'une, au moins, des régions de contact, ce qui a pour effet de réduire la surface efficace de ladite, ou desdites, régions de contact et d'augmenter notablement la résistance de passage entre celles-ci et lesdites régions à conductibilité élevée. 30 9 - Dispositif selon la revendication 4 et caractérisé en oatre en ce qu>*il comporte une pluralité de régions dudit type de conductibilité opposé, séparées de la première région, placées sur la surface supérieure du dispositif, s'étendant à partir de cette surface et venant partiellement chevaucher l'une, au moins, 35 desdites régions de contact, ce qui a pour effet de réduire la surface efficace de la ou des régions de contact ainsi chevauchées et d'augmenter notablement la résistance de passage entre cette ou ces régions de contact et ladite région à haute conductibilité. 40 10 - Dispositif selon la revendication 2 et caractérisé 6907647 -10- 2005238 en outre en ce qu'il y est prévu des dispositifs permettant d'appliquer une tension d'alimentation sur l'une au moins de ses régions de contact et des dispositifs permettant dé recueillir un signal de sortie sur une autre, au moins, desdites régions de 5 contact.