Brevet FR2013269A1 — publié le 19700327

t 2013269 La présente invention concerne les circuits intégrés et plus particulièrement un procédé pour la fabrication des circuits intégrés dans lequel un masque est obtenu en reportant séparément des parties d'une image sur une plaque photographique. 5 Le but de l'invention est de permettre la création d'un procé dé convenant particulièrement pour la fabrication d'un modèle ou d'un schéma de circuit répété tel qu'un réseau de photodiodes ou un registre à décalage. Le procédé permet d'obtenir un circuit intégré comprenant un très grand nombre d'éléments du fait qu'il 10 donne la certitude que la précision obtenue dans la formation des parties répétées du circuit est maintenue constante tout au long de l'opération de répétition. On peut ainsi réaliser photographi-quement un circuit sans qu'il soit nécessaire de photographier un trop grand nombre de dessins originaux» ce qui aurait pour résultat 15 d'exiger une très grande table à coordonnées ou bien des lentilles photographiques de très grand diamètre. L'invention est matérialisée dans un procédé d'obtention d'un masque permettant de produire un modèle ou un schéma de circuit intégré, ce modèle ou ce schéma pouvant être considéré comme la 20 somme d'un certain nombre de parties de circuits, caractérisé en ce qu'on prépare un modèle ou un schéma original de chaque partie de circuit et on projette optiquement et séparément les modèles des parties de circuits sur des zones prédéterminées d'une plaque photographique pour fabriquer le modèle du circuit complet. De 25 préférence, la projection des zones prédéterminées sur la plaque s'effectue dans une caméra pouvait fonctionner de façon répétitive et image par image* La précision de ce fonctionnement répétitif et image par image de la caméra peut être commandée par l'intermédiaire de dispositifs électroniques* 30 Lorsque l'on doit construire un dispositif comportant des cir cuits intégrés et utilisant différents types de circuits auxiliaires réunis ou connectés à l'intérieur du dispositif pour former l'ensemble du circuit intégré, les circuits auxiliaires peuvent être projetés séparément sur une plaque photographique de façon que 35 l'image latente de l'ensemble du circuit intégré soit obtenue par stades successifs. L'invention est également matérialisée dans les circuits destinés aux registres à décalage et aux réseaux de photodiodes, ces circuits convenant particulièrement pour la réalisation sous forme 40 de circuits intégrés en mettant en oeuvre le procédé sus-mentionné• 69 24473 2 2013269 L'invention est matérialisée en outre dans les dispositifs comportant des circuits intégrés obtenus par le procédé ci-dessus, la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés, donnés à titre non limitatif, permettra de mieux comprendre 5 l'invention, La fig. 1 est une vue à échelle très agrandie d'un réseau de photodiodes intégré ainsi que de leur registre à décalage associé selon l'invention. La fig. 2 montre les stades de la fabrication du circuit inté- 10 gré. La fig. 3 est une représentation schématique d'une section à deux éléments du réseau de photodiodes. La fig. 4 est une représentation schématique d'une section com-.portant deux éléments du registre à décalage. 15 La fig. 5 est une vue à échelle agrandie d'un élément du cir cuit de photodiodes visible sur la fig.3 lorsqu'il est représenté sous la forme d'un circuit intégré appliqué sur un support. La fig. 6 est une vue à échelle agrandie d'un élément du registre à décalage visible sur la fig. 4 lorsqu'il est déposé sur un 20 support. La fig. 7 montre un circuit de commande de température destiné à être inclus dans le réseau de photodiodes intégré. Le procédé décrit ci-après à titre d'exemple concerne la préparation d'un réseau de 72 x 5 photodiodes sous la forme d'un circuit 25 intégré prévu pour Ôtre utilisé dans l'identification optique des caractères, signes ou symboles d'écriture* Du fait qu'un réseau consistant uniquement en photodiodes peut exiger un nombre considérable de circuits associés pour fournir des données, ou des info mations sous une foxme convenant à l'identification des caractères d'écrit 30 tures, on a trouvé plus pratique de fabriquer le circuit associé sous la forme intégrée sur un fragment de silicium en même temps que les photodiodes. On a obtenu ainsi une tête d'enregistrement compacte et efficace sur tin fragment ou une pastille mesurant 10,2 x 3,56 mm. 35 - Les dimensions de l'ensemble du réseau comprenant 72. x 5 éléments étaient telles que les processus normaux de fabrication an masque ne convenaient pas du fait que les dimensions du dessin original nécessaire étaient plus grandes que ne "pouvait;'le" permettre - une* table à coordonnées ordinaire. La réductiôn:rphbtographique de ce COP* 69 24473 3 2013269 ' dessin original aux dimensions désirées tout en conservant la définition nécessaire aurait créé des problèmes supplémentaires pour éviter la distorsion géométrique. Etant donné cette situation, une technique extrêmement pré-5 cise de répétition et de fonctionnement pas à pas ou image par image a été utilisée du fait que la plus grande partie du circuit désiré était répétitive, les sections terminales du réseau de photodiodes et dudispositif de balayage ont été agencées de façon à permettre d'ajouter des sections centrales par répétition et par 10 fonctionnement pas à pas. Cette technique est représentée dans la tête d'identification optique*des caractères d'écriture visible sur la fig.1, cette tête 1 comprenant un réseau de 72 x 5 photodiodes et des sections de ' registre à décalage associées. Le sous-ensemble Z du réseau de 15 photodiodes comprend des sections terminales de gauche et de droite 3 et 4 et quatorze sections centrales 5. Toutes ces sections centrales 5 .du réseau de photodiodes sont identiques et peuvent, par conséquent, être obtenues sur une plaque photographique sous la forme d'images positionnées les unes contre les autres par un 20 fonctionnement à répétition et pas à pas. D'une façon correspondante, le sous-ensemble 6 du registre à décalage faisant partie de la tête 1 comprend deux sections teiminal.es 7 et 8 ainsi que quatorze sections centrales identiques 9«- 25 Par conséquent, chaque stade du processus de fabrication du réseau sous forme de circuits intégrés nécessite six masques, trois masques correspondant à la matrice de diodes et trois masques correspondant aux circuits du registre à décalage. Les stades du processus de f ornât ion du circuit sont au nombre de six, à savoir î 30 (l) diffusion de silicium de type P dans un support en silicium .. de type H, . .. (2). développement d'une couche oxydée fojmànt barrière en sxlice, (3) formation de trous de contact pour une . première. couche d'aluminium, ' >. . .35 (4) ..dépôt d'une première couche d'aluminium, . (5), ., formation de:.trous de. contact pour une : seconde .couche,d'alu- -. ,minium, . i'> r.-.s ' ;cr, 'ïr, • ;(6). .. dépôt d'une seconde• couche d-'aluminium.-;.::—...^- t-'--^:;/»Par; GOMéquent,~~le" nombre total.; des. masques-nécessaires est de 69 24473 4 2013269 trente-six. Chaque modèle ou image de masque est assemblé à partir des dessins originaux découpés en bandes en passant par un stade intermédiaire de réduction photographique. Les stades nécessaires à la mise en oeuvre de ce procédé sont visibles sur la fig*2. 5 Cette figure 2 représente un dessin original 10 obtenu par découpage de bandes et concernant un réseau de 5 x 5 photodiodes destiné à former une section centrale 5 (Fig.1) de photodiodes faisant partie d'une tête complète d'identification des caractères d'écriture. Pour maintenir une certaine précision, cet élément 10 original a été construit pour avoir 250 fois les dimensions finales nécessaires et mesurer par conséquent environ 60 x 16 cm. Cet élément original 10 est ensuite réduit photographiquement au dixième de ces dimensions pour former un élément original réduit 11. Un processus final de réduction photographique est ensuite 15 utilisé dans une caméra fonctionnant de façon répétitive et pas à pas ou image par image pour produire une image latente sur une plaque photographique 12. Sur cette plaque photographique 12, l'image latente de l'élément original réduit 11 est répétée quatorze fois pas à pas pour former un réseau 13 mesurant 2,4 mm 20 de largeur et 14 x 0,64 mm de longueur* Ce modèle ou ce schéma est répété seize fois pour former le nombre voulu de réseaux complets sur la surface de la plaque photographique 12. Un processus similaire est utilisé pour réunir les sections terminales 3 et 4 aux réseaux de photodiodes et également pour former les sections du 25 registre de décalage placées le long de ces réseaux de sorte que l'on peut éventuellement obtenir les images latentes correspondant à seize têtes d'enregistrement complètes sur la plaque photographique terminée 14* Cette plaque terminée est ensuite traitée pour foimer une plaque développée 15 utilisée dans l'obtention d'une 30 impression au chrome sur du verre. Le processus ci-dessus est ensuite répété six fois pour produire un élément imprimé correspondant à chacun des six stades du procédé de fabrication. Ces éléments imprimés peuvent ensuite être utilisés selon des procédés classiques pour obtenir des stades sup-35 plémentaires de fabrication d'un circuit intégré. La commande nécessaire au fonctionnement de la caméra de façon répétitive et pas à pas dans la préparation des plaques photographiques 12 et 14 est effectuée électroniquement de façon à permettre de produire plusieurs réseaux de 72 x 5 photodiodes avec la précision nécessai— 69 24473 5 2013269 re pour chaque masque* La précision requise dans la production des trente-six originaux doit être telle que l'erreur de traitement ou de fabrication totale soit inférieure à 2 microns au moment où. le procédé atteint le stade concernant la pastille de silicium* 5 Se cette façon, on peut utiliser une pastille de silicium ayant tan diamètre de 32 mm pour loger dix réseaux de 72 x 5 photodiodes* La fig. 3 représente schématiquement un circuit correspondant à une section de deux éléments faisant partie d'un réseau de photodiodes intégré. Cette section comprend l'élément (n-1) et l'élé-10 ment (n) du réseau, situés dans des zones définies par les lignes en traits interrompus 19 et il est évident qu'on utilise un total de 5 x 5 de ces éléments pour réaliser les sections centrales 5 des photodiodes décrites en regard de la fig.1. Chaque élément du réseau de photodiodes comprend une photodiode D qui présente une 15 capacité inhérente Cp* Ce circuit fonctionne de la façon suivante : l'élément (n-1 ) est rechargé par le courant circulant dans un transistor semi-conducteur métal-oxyde c'est-à-dire un transistor à double jonction Ml en réponse à une impulsion d'échantillonnage, PN apparaissant sur une ligne d'échantillonnage 21. Pendant la 20 période de balayage suivante, la lumière frappant la diode (n-1) provoque la décharge de sa capacité associée C^ à une vitesse déterminée par l'éclairement instantané. Du fait que l'électrode de commande de l'amplificateur ou du transistor à double jonction K2 est connectée à la diode, le courant de sortie circulant en réponse 25 à l'impulsion d'échantillonnage appliquée au transistor à double jonction B3 est fonction de la tension de diode au moment de l'échantillonnage et, par conséquent, du flux lumineux intégré pendant la période de balayage précédente. Il est visible sur le schéma que selon la façon dont l'impulsion d'échantillonnage, représen-30 tée par une chute du niveau de la tension de 0 volt à -20 volts dans la ligne d'échantillonnage 21, est appliquée à l'électrode de commande du transistor d'échantillonnage à double jonction X Au cours des premiers travaux effectués sur ce circuit, on 69 24473 6 2013269 s'est rendu compte que les transistors de commutation entraînaient un faible rapport signal-bruit et il apparut tout d'abord que ce rapport ne pouvait être amélioré qu'au prix des valeurs de courants de sortie* Cependant, du fait que le circuit était prévu pour être 5 fabriqué sous la forme intégrée, on a estimé préférable d'effectuer une duplication des régions correspondant à l'alimentation et à la commande du transistor d'échantillonnage à double jonction M3 et de connecter ensuite cette seconde source 3 à une ligne de sortie fictive 22* Cette ligne de sortie fictive 22 doit alors offrir 10 la môme capacité de couplage vis-à-vis des impulsions d'échantillonnage que celle de la ligne de sortie du signal 20 et on peut ainsi éliminer les bruits transitoires en utilisant un procédé de réfection à mode commun ou à signal en phase par 1 * intermédiaire d'un amplificateur différentiel de sortie. Far conséquent, on a 15 associé une sortie fictive à chacune des cinq entrées de signaux* La fig. 4 montre une section à deux éléments faisant partie d'un registre à décalage à deux phases destiné à un circuit intégré. Chaque élément du registre est limité à la zone définie par les lignes en traits interrompus 23 et comprend quatre transistors à 20 double jonction et deux résistances internes* Les transistors à double jonction comprennent deux commutateurs H5 et M7 Bontés an série, un commutateur intermédiaire M6 monté en parallèle et un commutateur de sortie K8 monté en parallèle. Les deux éléments du registre à décalage décrits sont les (n)^1® et (n+l)^"* éléments at 25 les Amplacements des conducteurs de sortie proveziant de ces éléments sont désignés d'une façon convenable par les références 0P(n) at 0P(n+1)o Le registre à décalage est commandé par deux trains d'impulsions d'horloge en opposition de phase ,CP1 et CP2 qui fonctionnent entre les niveaux de tension correspondant à 0 et à -50 volts* 30 Les formes d'ondes de ces trains d'impulsions CP1 et CP2 sont représentées au-dessous du schéma du circuit en même temps que la forme d'onde d'un signal de données ou d'informations i*.îIP))appliqué à l'entrée du registre et les signaux correspondants apparaissant aux sorties (n) et($+1) du registre. Lorsque la totalité du 35 sous-ensemble 6 du registre à décalage faisant partie du réseau de photodiodes fonctionne, les deux trains d'impulsions d'horloge CP1 et CP2 décalent les données, d'un seul "1* dans le cas présent, le long des soixante-treize éléments. La fig. 5 montre comment un élément du réseau de photodiodes 40 visible sur la fig* 3 a été obtenu sous la forme d'un circuit inté 69 24473 7 2013269 gré. La figure montre comment les sir masques différents préparés selon le procédé décrit en regard de la fig. 2 ont été utilisés l'un après l'autre pour réaliser Tin modèle ou une image de circuit intégré sur une pastille de silicium. Les différentes zones corres-5 pondant aux masques et indiquées sur la figure correspondent aux stades du procédé déjà décrit et sont les survantes î (1) diffusion G (2) réalisation de la "barrière d'oxyde hachures très incli nées (3) trou de contact pour la première 10 couche d'aluminium B (4) première couche d'aluminium déposée Y (5) trou de contact pour la seconde couche d * aluminium hachure peu inclinées (6) seconde couche d'aluminium déposée pointillés 15 Dans cette figure, les quatre transistors à double jonction, c'est-à-dire les transistors M1,M2, le transistor de signal M3 et le transistor fictif S se trouvent le long des emplacements des dispositifs sur la surface de la pastille de silicium. La région marquée G se trouvant à la partie supérieure de la figure 20 et les deux régions marquées G se trouvant de part et d'autre de la grande surface située au bas de la figure représentent les emplacements des diffusions correspondantes constituant les éléments voisins du réseau de photodiodes. Une ligne de traits interrompus 25 marque l'emplacement 25 d'un bord de la diffusion effectuée sur le support de silicium et correspondant au registre à décalage. La fig. 6 montre un élément du circuit du registre à décalage visible sur la fig. 4 réalisé sous la forme d'un circuit intégré. La notation indique les zones déposées au cours des différents 30 stades de la fabrication de l'élément et sont les mêmes que colles visibles sur la fig.5. Les conducteurs permettant d'appliquer les trains d'impulsions d'horloge CP1 et CP2 sont visibles sur la figure et les deux conducteurs désignés par 26 sont mis à la masse. Il existe un conducteur supplémentaire permettant l'appli-35 cation d'une haute tension et déposé au cours du stade correspondant à la seconde couche d'aluminium mais ce conducteur n'a pas été représenté. Lorsque les modèles du réseau de 72 x 5 photodiodes ont été réalisés et essayés, on s'est rendu compte qu'il était souhaitable 69 24473 8 2013269 pour la sensibilité du réseau à alimenter de réduire les variations de la tension de ligne et également de la température. La raison de cette sensibilité vient de ce que la charge des photodiodes s'effectue toujours jusqu'au potentiel de la ligne d'alimentation 5 et que, par conséquent, le signal de sortie des photodiodes est sensible aux modifications de cette tension. Un circuit prévu pour remplir cette fonction est visible sur la fig.7, ce circuit comprenant un transistor à double jonction M10 qui fournit un signal de sortie en courant continu. Le transistor à double jonc-10 tion M10 est agencé de façon à avoir la môme forme géométrique que le transistor à double jonction formant amplificateur M2 et parait convenir à la réalisation d'un circuit devant ôtre obtenu sous la forme d'un réseau de photodiodes intégré. Par conséquent, ce transistor à double jonction M10 forme 15 un élément de commande du circuit de commande de température et il convient particulièrement bien du fait qu'il est évidemment soumis sur le fragment ou la pastille aux mêmes variations de température que les transistors à double jonction faisant partie du réseau de photodiodes. On monte, à partir du conducteur sous tension 30 20 faisant partie du circuit intégré, une résistance 31 conçue pour laisser passer un courant d'environ 200 microampères qui est le courant normal correspondant à l'éclairement minimal et produit par un élément photo-sensible faisant partie du réseau de photodiodes. Ce courant est appliqué à une électrode d'alimentation du 25 transistor à double jonction M10, une partie du courant étant appliquée à un amplificateur en courant continu à gain élevé 32 qui fournit une tension nominale de 0 volt en un point 33. L'électrode de commande et l'électrode d'appel du transistor à double jonction M10 sont connectées ensemble et sont ensuite connectées, 30 par l'intermédiaire d'une résistance 34, à une source de tension 35 maintenue à -20 volts. A partir du point 33 correspondant à la sortie de l'amplificateur et maintenu à une tension nominale de 0 volt, on monte une diode de Zener 36 de façon qu'elle soit conductrice lorsqu'une tension de 10 volts est appliquée à ses bornes. 35 Un point 37 situé en dessous de la diode de Zener est ainsi maintenu à une tension nominale de -10 volts. Ce point à -10 volts peut ensuite être utilisé pour obtenir une ligne 38 sous -10 volts destinée au réseau de photodiodes. La tension appliquée à cette ligne sous —10 volts est rendue sensible à la température et tous les 69 24473 9 2013269 transistors à double jonction connectés à la ligne auront alors leur haute tension variable avec la température de sorte que les signaux de sortie des photodiodes resteront constants à une valeur de 200 microampères indépendamment des variations de la température. 5 On s'est rendu compte de l'utilité du circuit sus-mentionné dans la commande des signaux de sortie des photodiodes faisant partie du réseau, mais son utilisation peut également être avantageuse lorsqu'une tension d'entrée est un paramètre de commande du fonctionnement d'un circuit. Par conséquent, on peut l'utiliser en 10 variante dans d'autres applications telles que des dispositifs analogiques obtenus sur des fragments ou des pastilles. Des modifications peuvent être apportées au mode de réalisation décrit, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention. Par exemple, au lieu d'utiliser une se— 15 conde couche d'aluminium pour réaliser les interconnexions dans la fabrication du circuit intégré, il est possible d'utiliser des croisements diffusés par-dessus ou par-dessous ou encore d'autres organes prévus à cet effet. 69 24473 10 2013269 REVENDICATIONS 1.- Procédé d'obtention d'un masque permettant de produire un modèle ou un schéma de circuit intégré, ce modèle ou ce schéma pouvant être considéré comme la somme d'un certain nombre de parties 5 de circuits, caractérisé en ce qu'on prépare un modèle ou vin schéma original de chaque partie de circuit et on projette optiquement et séparément les modèles des parties de circuits sur des zones prédéterminées d'une plaque photographique pour fabriquer le modèle du circuit complet* 10 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on répète le modèle ou le schéma correspondant à une partie du circuit un certain nombre de fois au cours de la fabrication du modèle du circuit complet. 3*- Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce 15 iu*on effectue la projection des modèles ou des schémas des parties de circuits dans une caméra fonctionnant de façon répétitive et pas à pas ou image par image* 4*- Dispositif comportant des circuits intégrés obtenu* par la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendica-20 tions précédentes.