Brevet FR2058210A1 — publié le 19710528

La présente invention concerne les circuits intégrés, et plus particulièrement un circuit de ce type dont la plaquette semi-conductrice peut être directement reliée à une source de courant alternatif. Dans n'importe quel circuit, il est souhaitable de réduire 5 au maximum le nombre de composants séparés. Ceci permet de diminuer le coût, le poids et l'encombrement des circuits, et d'augmenter leur fiabilité. Un moyen évident pour obtenir ces avantages est de réaliser un circuit intégré isolé par jonction: Cependant, les circuits de ce type9 réalisés jusqu'ici, ne pouvaient fonctionner qu'à partir d'une alimentation 10 externe en courant continu. Il n'est en effet pas possible d'appliquer une alimentation alternative directement à la plaquette d'un circuit intégré isolé par jonction car la jonction d'isolation qui, pour remplir son rôle doit être polarisée en sens inverse, peut devenir polarisée dans le sens direct. Le circuit ne peut fonctionner dans ces conditions et risque éven-15 tuellement des défaillances catastrophiques. Ainsi, l'emploi d'un tel circuit intégré pour une fonction , quelconque nécessite l'emploi d'une source continue externe à la plaquette, telle qu'une batterie extérieure, ou des éléments discrets constituant un convertisseur alternatif-continu. Il en résulte la nécessité de composants 20 externes supplémentaires entraînant une augmentation du coût, du poids et de l'encombrement et une diminution de la fiabilité. Dans une forme de réalisation de l'invention, un circuit intégré comprend une plaquette ayant un substrat de matière semi-conductrice d'un certain type de conductivité et une région dstype de conductivité opposé, 25 le substrat et la région étant disposés de manière à constituer une première jonction redresseuse. Une seconde jonction redresseuse est en outre constituée entre l'une des bornes d'une source alternative et le substrat. La seconde jonction redresseuse est polarisée de manière à bloquer l'alternance du signal alternatif qui aurait normalement rendue conductrice la première 30 jonction. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit, et des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une coupe d'un circuit intégré isolé 35 par jonction réalisé selon les principes de 1'invention; 70 29605 2 2058210 - la figure 2 est un schéma électrique classique du circuit de la figure 1. La figure 1 représente une partie d'un circuit 10 comprenant une plaquette monolithique 12, dans laquelle est réalisé un circuit intégré 5 isolé par jonction qui peut en outre comprendre des circuits complexes de traitement alternatifs et continus (non représentés). Une tension alternative est appliquée par une source convenable (non représentée) entre les bornes 14 et 16. Si l'on considère la borne 14 comme la référence, le potentiel de la borne 16 oscille entre une valeur de crête positive et une valeur de crête 10 négative symétriques par rapport à la référence. La borne 14 est reliée à l'une des armatures d'un condensateur 18 et à une charge 20 que l'on appellera ci-après "résistance de charge" mais qui peut être n'importe quel type de circuit nécessitant l'application d'une tension continue et qui peut être monté sur la plaquette 12. La borne d'entrée 16 est reliée à l'une des 15 extrémités d'une résistance externe 22. La plaquette à circuit intégré 12 est connectée entre l'autre extrémité de la résistance 22 et les autres extrémités du condensateur 18 et de la charge 20. La plaquette monolithique 12 comprend un substrat 24 de type P, dans lequel a été diffusée une région 26 de type N+. On a fait 20 croître sur le substrat 24 une couche épitaxiale constituée par plusieurs régions 28, 30, 31 et 32 de type N; pendant la croissance épitaxiale de cette couche, la région 26 diffuse également dans la région 28. Les régions 28, 30, 31 et 32 sont isolées les unes des autres par des régions 34, 36 et 38 de type P+ qui coopèrent avec le substrat 24. 25 Dans la région 28 a été diffusée une région 40 de type P et un anneau 42 de type N+ qui entoure la région P 40 et une partie de la couche N 28. L'anneau 42 est réalisé en deux étapes, de façon qu'une partie 44> diffusée en profondeur, atteigne la couche N+ 26, puis une partie 46 est diffusée en surface. Une région 48 de type N4- est diffusée dans la région 30 40 de type P. Une région 50 de type N+ est diffusée dans la région 30 de type N. Ces régions épitaxiales et diffusées sont formées sur le substrat par des techniques classiques ne nécessitant pas une description particulière pour la compréhension de l'invention. 35 Une métallisation formée de bandes conductrices (qui peuvent être obtenues par évaporation ou placage d'un métal convenable, tel que l'aluminium) 52, 54 et 56, est également déposée sur le circuit, La bande BAD ORIGINAL 70 29605 3 2058210 conductrice 52 met en court-circuit la région P 40 et l'anneau N+ 42. La bande conductrice 54 est reliée à la région N+ 48 et la bande conductrice 56 est reliée à la région N+ 50. Les bandes 52, 54 et 56 sont séparées les unes des autres et du reste de la plaquette 12 par une couche isolante (qui peut, 5 par exemple, être en silice ou en nitrure de silicium) formée des parties 58, 60, 62, 64 et 66. Une connexion relie la bande conductrice 56 à la borne d'entrée 14. L'autre extrémité de la résistance 22 est reliée à la bande conductrice 52, et une connexion est établie entre la bande conductrice 54 10 et l'extrémité inférieure du condensateur 18 et de la résistance de charge 20. La figure 2 représente le schéma électrique classique de la structure de la figure 1, sur laquelle, à chaque fois que cela était possible, les composants homologues portent les mêmes références. La plaquette monolithique 12 est représentée par un rectangle discontinu sur la figure 2 et 15 comprend deux diodes 70 et 72. La diode 70 est formée dans la plaquette 12 par la jonction de la région P 40 et de la région N+ 48. La diode 72 est formée dans la plaquette 12 par la jonction de la région N 30 et du substrat P 24; la diode 72 ainsi formée est reliée à la borne 14 par la bande métallisée 56 et la région de contact N+ 50. De plus, une diode 74 formée entre le substrat 20 24 et les régions 26 et 28, est représentée en pointillés car elle ne fait pas partie du circuit proprement dit, mais est inhérente à l'emploi d'un circuit intégré isolé par une jonction polarisée en sens inverse. Le fonctionnement du circuit 10 va maintenant être expliqué. Lorsque la borne 16 est plus positive que la borne 14, la 25 diode 70 est conductrice et le condensateur 18 se charge à une tension positive. Pendant ce temps, le substrat 24 ne peut s'élever au-dessus du potentiel de référence de la borne 14 grâce à la diode 72. Par contre, lorsque la borne 14 devient plus positive que la borne 16, le point le plus négatif du circuit n'est plus au potentiel de référence mais plutôt au potentiel 30 de la borne 16, c'est-à-dire que ce potentiel tombe en dessous de la référence. En l'absence de la diode 72, si le substrat 24 était directement connecté au potentiel de référence de la borne 14, la diode 74, formée entre le substrat 24 et la région 26, deviendrait conductrice car sa cathode (région 26) serait négative par rapport à son anode (substrat 24). Dans ces 35 conditions, le circuit ne pourrait fonctionner et risquerait d'entraîner des défaillances catastrophiques. Cependant, la diode 72 étant présente, aucun courant ne peut passer dans la diode 74, de sorte que le substrat devient 70 29605 4 2058210 pratiquement isolé de la référence ou "flottant". Ainsi, pendant les alternances positives, le substrat 24 ne peut s'élever au-dessus du potentiel de référence et, pendant les alternances négatives, il est "flottant". Un autre problème, apparaissant dans une plaquette contenant 5 une diode semblable à la diode 72, est l'effet de "dispositif multicouche parasite". Ce problème est dû au fait que le substrat 24 est commun à toutes les régions épitaxiales, telles les régions 28, 30, 31 et 32. Lorsqu'un dispositif actif quelconque est formé dans une telle région épitaxiale, il peut se former un dispositif multicouche parasite. Un tel dispositif est 10 représenté par la ligne en tirets de la figure 1 et pourrait comprendre la région P 40, la région N 28, le substrat P 24 et la région N 30 si la bande métallique 32 ne court-circuitait pas l'anneau N+ 42 et la région P 40, comme dans le cas d'un transistor. Il existerait par exemple un dispositif à quatre ■ couches entre la couche N 30, le substrat P et le collecteur et la base de 15 n'importe quel transistor que l'on formerait dans le reste de la plaquette (non représenté sur la figure 1). La présence du caisson formé par l'anneau N+ 42 et la région N+ 26 empêche qu'un tel dispositif parasite à quatre couches fonctionne en redresseur commandé en réduisant à une valeur inférieure à l'unité le gain 20 en boucle interne du dispositif. L'anneau N+ 42 et la région N+ 26 doivent donc être d'épaisseur suffisante pour réduire ce gain en boucle à une valeur inférieure à l'unité. Le brevet des E.U.A. n° 3.430.110 décrit une structure semblable au caisson formé par l'anneau N+ 42 et la région N+ 26. Bien que l'effet de redresseur commandé parasite puisse ne 25 pas exister dans la pratique dans le circuit de la figure 1, il est recommandé d'utiliser un tel caisson pour être certain que cet effet sera neutralisé. De plus, étant donné que d'autres caissons semblables à celui qui comprend la région N+ 26 et l'anneau N+ 42 seront diffusés dans la plaquette pour éviter d'éventuels effets multicouches parasites dus à la présence de la 30 diode formée par la région N 30 et le substrat 24 et aux autres dispositifs actifs (non représentés) de la plaquette, il est préférable d'utiliser l'anneau N+ 42 et la région N+ 26, comme représenté. L'invention décrite est susceptible de nombreuses modifications ou applications sans sortir de son cadre. 70 29605 5 2058210 REVENDICATIONS 1. Circuit électronique comprenant un élément semi-conducteur capable de traiter le signal d'une source alternative ayant au moins deux bornes, ledit élément étant constitué par une couche épitaxiale d'un certain type de conductivité déposé sur un substrat de type de conductivité opposé, 3 l'interface de la couche et du substrat formant une jonction PN, ladite couche épitaxiale étant électriquement reliée à l'une desdites bornes, le circuit électrique étant caractérisé en ce qu'un moyen redresseur, électriquement connecté entre le substrat et l'autre desdites bornes,est polarisé de manière à être non conducteur lorsque la polarité du signal est telle qu'elle tende 10 à polariser la jonction PN dans le sens direct. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen redresseur comprend une. première région du premier type de conductivité (celui de la couche épitaxiale) et une seconde région du type de conductivité opposé disposées l'une à côté de l'autre, la première région étant reliée 15 électriquement à la seconde borne de la source alternative, et la seconde région étant reliée électriquement au substrat. 3. Circuit selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit élément comprend une première région semi-conductrice du type de conductivité opposé (celui du substrat) disposée dans la couche épitaxiale 20 et une seconde région semi-conductrice du premier type de conductivité disposée à l'intérieur de la première couche. 4. Circuit selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément est un transistor dont la couche épitaxiale constitue le collecteur, une première région du type de conductivité opposé , (celui du substrat) étant 25 réalisée dans la couche épitaxiale pour former la base du transistor, et une seconde région du premier type de conductivité étant formée à l'intérieur de la première région pour constituer l'émetteur du transistor, le collecteur et la base étant électriquement reliés l'un à l'autre et à ladite première borne de la source,et la seconde région étant reliée électriquement à l'une 30 des bornes d'une charge, de façon que la première borne de la source et la borne de la charge soient reliées l'une à l'autre à travers une diode. 5. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'autre borne de la source est reliée à l'autre borne de la charge. 70 29605 2058210 6. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le moyen redresseur comprend une première région du premier type de conductivité formée sur le substrat et isolée de la couche épitaxiale, la première région étant électriquement reliée à la seconde 5 borne de la source. 7- Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'un caisson de matière fortement dopée est réalisé à l'intérieur de la couche épitaxiale et enferme ledit élément, ses dimensions étant telles qu'il élimine tout effet de dispositif parasite entre une 10 région formée dans la couche épitaxiale, la couche épitaxiale, le substrat et la première région du moyen redresseur.