Brevet FR2061757A1 — publié le 19710625

La présente invention se rapporte d'une manière générale aux circuits intégrés, et concerne plus particulièrement les structures de circuit intégré pour haute tension comportant un chenal d'inversion formé dans le matériau semiconducteur au dessous 5 d'une connexion électrique disposée à la surface du circuit intégré avec interposition d'une couche isolante. Un chenal d'inversion d'un'type de conductivité déterminé- se forme dans une pièce de matériau semiconducteur du type de con- 10 ductivité opposée, au voisinage d'une connexion électrique superficielle déposée sur une couche isolante, lorsque deux conditions distinctes sont satisfaites. Tout d'abord, une certaine différence de potentiel doit exister entre la connexion électique et le matériau semiconducteur, la polarité de ladite connexion 15 étant telle qu'elle repousse les porteurs majoritaires et attire les porteurs minoritaires du matériau semiconducteur sous-jacent ; c'est dire que pour un matériau semiconducteur à conductivité • du type H, la connexion doit être portée à une polarité négative par rapport au matériau semiconducteur, de sorte que les électrons 20 soient repoussés mais que les trous soient attirés par ladite connexion". Par ailleurs l'amplitude de cette différence de potentiel doit être supérieure à une certaine valeur critique qui dépend des paramètres de fabrication du circuit intégré. En particulier, cette tension est fonction de l'épaisseur et de la 25 constante diélectrique de la couche isolante , de la chute de tension à travers cette dernière, et du degré de dopage du-matériau semiconducteur. Pour des" tensions inférieures à la valeur critique susmentionnée, la connexion électrique repousse les porteurs majoritaires, de sorte qu'une région de déplétiôn . se forme sous 30 ladite connexion, tandis qu'au dessus de cette valeur critique, les porteurs minoritaires se déplacent vers la connexion, defeorte qu'une région à conductivité du premier type mentionné se forme dans le matériau semiconducteur à conductivité du type opposé, en dessous et au voisinage de la connexion. Ctest dire que pour un 35 matériau semiconducteur à conductivité du type F recouvert par une connexion électrique polarisée négativement , un chenal d'inversion à conductivité de type P se forme au voisinage de la surface du matériau, en suivant le parcours de la connexion électrique. 70 33410 2 2061757 Dans un circuit intégré typique, un tel chenal d'inversion se forme lorsque la différence de potentiel susmentionnée est de l'ordre de quelques 20 volts. Dans certaines conditions, qui dépendent du type et de 5 l'agencement du circuit intégré, un tel chenal d'inversion peut constituer un. court-circuit électrique. Jusqu'à présent, on a utilisé dans de nombreux circuits intégrés des barrières isolantes constituées par des jonctions P-H , ayant pour rôle de séparer du reste du circuit différentes zones de matériau semiconducteur 10 électriquement isolées. Dans ce cas, une zone d'isolation à conductivité de type déterminé entoure chaque zone à conductivité du type opposé, et par suite l'isole du reste du circuit intégré par la création d'une jonction P-N présentant une tension de rupture relativement élevée. Les zones ainsi isolées contiennent 1 5 habituellement un ou plusieurs dispositifs électriques devant être isolés du reste du circuit. En vue de garantir la bonne isolation électrique de ces dispositifs, les plages de contact permettant leur connexion 2q avec l'extérieur sont d'ordinaire topologiquement séparées des zones semiconductrices contenant lesdits dispositifs. Ces plages de contact sont habituellement disposées au dessus d'.une couche isolante recouvrant les portions de la surface du matériau semiconducteur qui ne sont pas situées au dessus de zones 2^ contenant des dispostifeactifs . Or, jusqu'à présent, il s'est avéré que de telles plages d^Sontact ont tendance à diffuser à travers la couche isolante et ainsi établir une connexion directe entre le matériau semiconducteur sous-jacent et les circuits extérieurs. Ceci se produit notamment lorsque les techniques d'assemblage par thermo-compression sont utilisées pour fixer un conducteur sur la plage de contact. Par le simple fait de disposer les plages de contact au dessus de zones ne .contenant aucun dispositif actif, ces derniers ne peuvent être mis en danger au cas. où les plages de contact 35 viendraient à diffuser à travers la couche isolante. D'ordinaire, les plages de contact ont été en conséquence disposées au dessus de :zones bien déterminées de comportant aucun dispositif actif, de sorte que lesdites plages de contact se trouvent également « 70 33410 3 2061757 isolées du reste du circuit , dont les éléments ne peuvent être endommagés même si les plages de contact diffusent jusqu'au matériau semiconducteur sous-jacent à travers la couche isolante interposée. Bien que ce type de circuit intégré soit satisfaisant 5 pour de nombreux usages, il ne peut convenir lorsqu'existe*1^ certaines conditions propices à la formation de chenaux d'inversion. Il s'est en effet avéré qu'un tel chenal d'inversion peut établir un court-circuit entre un dispositif électrique disposé dans une zone déterminée et la zone d'isolation entourant cette 10 dernière, lorsque la structure globale présente certaines dispositions "topologiques. A cet effet, le dispositif doit tout d'abord comprendre unemne présentant une conductivité du même type que le/zone d'isolation, et en outre, la zone contenant le dispo-15 sitif doit être reliée à une plage de connexion extérieure par 1 une connexion électrique formée à la surface de la couche isolante. Pour certaines conditions de tension et de polarisation, un chenal d'inversion à conductivité de type déterminé se forme dans la zone située sous' la connexion électrique métallisée. Ce chenal 20 d'inversion suit ladite connexion, et se trouve donc en relation par l'une de ses extrémités avec la zone contenant le dispositif actif , et par son extrémité opposée avec la zone d'isolation, lesdites zones étant toutes deux à conductivité du même type. Gest dire que le chenal d'inversion relie électriquement daux 25 régions de même conductivité, et donc met en court-circuit le dispositif aetif, la région d'isolation et leur substrat. Dans un circuit intégré conforme à la présente invention, la.plage de connexion extérieure et les plages métallisées associées sont formées par dessus la couche isolante à l'intérieur de la 30 surface recouvrant la zone contenant le dispositif devant être isolé. Bien que le chenal d'inversion subsiste sous la plage de connexion etles conducteurs associés, il ne s'étend alors pas au-delà des limites-de ladite zone, et par suite n'aboutit pas à la zone d'isolation entourant cette dernière. C'est dire que le 35 chenal d'inversion ne peut pas constituer un court-circuit entre les deux régions à type de conductivité identique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description 70 33410 4 2061757 détaillée gui suit de plusieurs exemples de mise en oeuvre illustrés par le dessin annexé , sur lequel : - la figure 1 est une vue en plan d'une fraction d'un circuit intégré dans lequel l'invention est miss en oeuvre de 5 ' deux manières différentes ; et - les figures 2 et 3 sont des coupes du circuit intégré de la figure 1, prises selon les lignes 2-2 et 3-3 respectivement. le circuit intégré représenté sur le dessin comprend un substrat 12 d'une certaine conductivité, sur lequel est formée 10 une couche épitaxiale à conductivité opposée, dont la surface est désignée par la référence 14. Une zone d'isolation 16 à conductivité du premier type est diffusée dans certaines portions de la couche épitaxiale afin de diviser cette dernière en plages isolées 18, 20 présentant l'autre type de conductivité. Ces 15 -deux..zones distinctes 18 et 20 sont entourées par des zones à conductivité du premier type , poupins! former des jonctions P-ïï", qui présentent une . tension de rupture relativement élevée et qui par suite servent à isoler électriquement les zones 18 et 20 du reste du circuit. Dans le circuit représenté, les zones 20 18 et 20 à conductivité du type H" sont englobées dans la zone d'isolation 16 et le substrat 12 à conductivité du type P, la tension de rupture des jonctions P-U ainsi formées étant de l'ordre de 90 volts. la vue en coupe de la figure 2, illustre un premier exemple 25 de mise en oeuvre de l'invention, la coupe passe à travers la®ne 18 et une partie de la zone d'isolation 16 l'entourant. La zone 18 renferme un dispositif devant être électriquement isolé du reste du circuit intégré. Sur la figure 2, ce dispositif est un transistor EPU classique 21 , dont le collecteur est formé par les 30 fractions de la zone 18 à conductivité du type H" subsistant autour des régions 22 et 24 à conductivités .p et""H" constituant respectivement la base et l'émetteur du transistor. Une couche isolante 26 formée à la surface 14 de la couche épitaxiale présente localement des discontinuités permettant d'accéder aux régions 18, 22 35 et 24 du transistor 21. Un matériau très bon conducteur, tel que l'aluminium, déposé par dessus la couche isolante est ensuite ✓ V enleve ou besoin est de manière à constituer des connexions 70 33410 5 2061757 électriques 28, 30 et 32 permettant de relier les trois régions du transistor 21 avec d'autres éléments du circuit.. Une plage de contact 34 également formée par dessus la couche isolante 26 est reliée à la première région 22 à conduc-5 tivité du type P par l'intermédiaire d'une connexion 32, cette connexion comme la 'plage 34 étant entièrement disposée à l'intérieur de la surface apparente de la zone 18. Comme représenté , la plage de contact- 34 est formée en même temps que les connexions métallisées par dépôt sous vide d'un film d'aluminium; 10 il -est toutefois "bien entendu que l'invention n'est nullement limitée à des connexions de ce typé , et pourrait. . être aussi bien appliquée aux circuits intégrés' comportant des connexions du type en grille (beam-lead) et à volets (flip-chip). Lorsque des conditions de tension et de polarisation 15 appropriées se présentent, un chenal d'inversion 36 se forme près de la surface 14 de la zone 18 en dessous de la connexion métallisée 32 et de la plage de contact 34. Dans le circuit représenté , un chenal d'inversion 36 à conductivité du type P se forme donc dans- la zone 18 à conductivité de type F pour une 20 différence de potentiel de l'ordre de 20 volts. Comme montré sur la figure 2, le chenal d'inversion du type P traverse la première . région 22, qui est également à conductivité du type de P, ce qui a pour effet d'étendre la région 22 jusqu'à l'extrémité du chenal d'inversion 36. Toutefois, comme ce dernier ne s'étend pas au-25 delà des limites de la zone 18 et ne traverse pas la zone d'isolation concentrique 16 à conduction du type P, et étant donné que la connexion métallisée 32 -et la plage de contact 34 sont toutes deux formées par dessus la couche isolante 26 entièrement à l'intérieur des limites de la zone 18, le chenal d'inversion 36 30 ne peut pas relier ladite première région 22 avec la zone d'isolation 16, et par suite ne peut mettre le transistor 21 en court-circuit avec la zone d'isolation 16 et Je substrat 12. Dans la mise en oeuvre de la présente invention, il convient bien entendu d'éviter que la plage de contact 34 ne diffuse à 35 travers la couche isolante 26, ce qui peut être évité au prix de quelques soins ; au contraire, selon l'art antérieur, le court-circuit par le chenal d'inversion ne peut pas être évité , puisque la 70 33410 6 20617 57 plage de contact 34 est située en dehors de la zone 18. La figure 3 illustre un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention . La coupe montrée sur cette figure traverse la zone 20 et la partie adjacente de la zone d'isolation 16 l'entourant. 5 ■ La zone 20 renferme .une résistance. 38 formée par diffusion sélective à partir de sa surface 14 d'un agent de 'dopage à conductivité du premier type . La couche isolante 26 présente par ailleurs une discontinuité permettant d'accéder à la résistance 38, et de la relier à l'extérieur au moyen d'une connexion ^ métallisée 42. et d'une plage de contact 40 également formée au dessus de la couche isolante 26. Il convient de remarquer que l'invention n'est nullement limitée à la réalisation de transistors ou d^résistances , mais peut être appliquée à toutes les configurations dans lesquelles une plage de contact reliée à une zone 1 5 à conductivité d'un premier type est formée au dessus d'une zone à conductivité du type opposé. Comme montré sur la figure 1, il est parfois nécessaire de relier la plage de contact à un dispositif situé loin des limites du dispositif auxquels elle est associée. Compte tenu de £e 20 qu'il est en général avantageux de disposer les plages de contact au voisinage des limites du circuit concerné, une connexion métallisée 42 de grande longueur relative doit être employée pour relier la jfege de contact 40 à la résistance 38. Dans de telles conditions, afin d'éviter tout court-circuit par un chenal d'in- 25 version, la zone 20 doit être étendue vers les limites du circuit afin d'inclure la connexion 42 et la plage de contact 40. Dans ce cas e.t comme représenté, la zone 20 comprend deux fractions principales 20a et 20b reliées par une fraction 20c. La fraction 20a renferme la résistance 38 et tout autre dispositif requis 30 par la nature particulière du circuit concerné. L'autre fraction principale 20b ne contient aucun dispositif , mais est située en dessous de la plage de contact 40. La fraction de liaison 20c ne contient également aucun dispositif , et se trouve située en dessous de la connexion 42. Au total , la plage de contact 40 35 / et l^connexion métallisée associée 42 se trouvent donc disposées par dessus la couche isolante 26 entièrement à l'intérieur de l'aire correspondant à la sone 20. 70 33410 7 2061757 Comme montré sur la figure 3> un chenal d'inversion 44 se forme dans certaines conditions en dessous de la connexion 42 et de la plage de contact 40 ; toutefois, ce chenal d'inversion n'est nullement relié à la zone-d'isolation 16, et par suitë 5 ne met pas la résistance. 38 en court-circuit avec le substrat 12. * Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de mise en oeuvre décrits et illustrés, qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple ; au contraire, l'invention comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques de ceux décrits 10 et illustrés, considérés séparément ou en combinaison et mis en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. 70 33410 8 2061757 REVENDICATIONS 1. Circuit intégré du type- comprenant au voisinage de la surface d'une pièce de matériau semiconducteur un domaine désolation présentant une conductivité d'un premier type et plusieurs 5 zones séparées présentant la conductivité de l'autre type , chacune desdites zones étant isolée par une jonction P-ÎT et l'une au moins d'entr- * elles comportant une région superficielle à conductivité du premier type , reliée par une connexion électrique à une plage de contact toutes deux disposées au dessus 10 d'une couche isolante formée à la surface du matériau semiconducteur caractérisé en ce que ladite plage de contact et ladite connexion sont entièrement disposées à l'intérieur des limites de la zone concernée, de sorte, que lorsqu'un chenal d'inversion à conductivité du premier type est induit à la surface de ladite zone en 15 dessous de ladite connexion et de/Ladite plage, ledit chenal ne soit pas relié au domaine d'isolation et par suite n'établisse aucun court-circuit entre ce dernier et ladite région superficielle. 2. Circuit intégré selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la zone précitée comprend une première fraction renfermant 20 la région superficielle précitée , une seconde fraction située au dessous de la plage de contact précitée et d'étendue supérieure à cette dernière , et une fraction de liaison située au dessous de la connexion précitée et également de dimension supérie ure à cette dernière.