Brevet FR2111745A1 — publié le 19720609

3765b j. 2111745 La présente invention concerne un circuit semiconducteur intégré monolithique comportant : - un substrat d'un type de conductivité j - une couche épitaxiale de l'autre type de conductivité disposée sur le substrat ; 5 - une couche intermédiaire fortement dopée du même type de conductivité que la couche épitaxiale % - une 'région isolante pénétrant dans la couche épitaxiale et formant une île isolante avec le substrat j - au moins deux structures de transistors ayant un collecteur commun, disposé dans 10 une île isolante et connecté de telle sorte qu'une portion du courant d'émetteur de la structure d'un transistor s'écoule à travers le trajet collecteur-émetteur de l'autre structure de transistor. Un exemple d'un tel circuit semiconducteur intégré monolithique est constitué par un amplificateur de Darlington de type connu comportant deux structures de 15 transistors. Dans le cas d'une construction discrète de ces agencements de circuits de transistors individuels, la tension de saturation, c'est-à-dire la tension minimale qui se produit entre le collecteur commun et l'émetteur du second transistor, est composée d'une partie déterminée par le premier transistor et d'une partie détermi-20 née par le second transistor. La partie déterminée par le premier transistor concerne la tension de saturation collecteur-émetteur de ce transistor, tandis que la partie déterminée par le second transistor concerne la tension de seuil directe de la diode base-émetteur de ce transistor. Ces deux parties s'ajoutent l'une à l'autre. Si en plus du montage discret, les deux transistors sont intégrés, il en 25 résulte un accroissement de la résistance de saturation et,en conséquence,de la tension de saturation due au collecteur commun. La présente invention a pour objet de proposer un circuit semiconducteur monolithique du type décrit ci-dessus qui évite l'accroissement de la résistance de saturation et"j en conséquence jde la tension de saturation due à la résistance du collec-30 teur commun. Selon l'invention, il est proposé un circuit semiconducteur intégré monolithique caractérisé en ce qu'il comporte : - un substrat d'un type de conductivité ; - une couche épitaxiale ayant un type de conductivité opposé à celui du substrat 35 et disposée sur celui-ci; - une région isolante pénétrant dans la couche épitaxiale et formant une île isolante avec le substrat ; - au moins deux structures de transistors ayant un collecteur commun disposé dans l'île isolante et connecté de telle sorte qu'une portion du courant émetteur d'une 40 structure de transistor s'écoule par l'intermédiaire du trajet collecteur-émetteur 71 37654 2111745 2 de l'autre structure de transistor ; - une couche intermédiaire ayant la même conductivité que celle de la couche épitaxiale, disposée entre le substrat et la couche épitaxiale, cette couche intermédiaire étant divisée d'une manière telle qu'au-dessous de la jonction FN collecteur-5 base de chacune d'au moins deux structures de transistors, une portion de la couche intermédiaire est séparée de celle de l'autre structure de transisotr par la couche épitaxiale. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée ci-dessous. Bien entendu,la description et le dessin ne sont donnés qu'x 10 titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. La figure 1 est une vue en coupe d'un amplificateur de Darlington intégré. La figure 2 représente le circuit électrique équivalent à la structure de la figure 1. La figure 3 représente la structure semiconductrice selon l'invention. 15 La figure 4 représente le circuit électrique équivalent à la structure semi- conductrice selon l'invention. En se référant à la figure 1, il est représenté une vue en coupe d'un montage intégré d'un amplificateur de Darlington de type connu. Sur le corps semiconducteur 1 conducteur de type P, on monte la couche épita-20 xiale 2 conductrice de type N à travers laquelle s'étend la zone isolante 3 conductrice de type P. Entre la couche épitaxiale et le substrat 1, on monte le conduc-teur N et, de là,une couche Intermédiaire fortement dopée 4 appelée quelquefois couche "enterrée". La zone isolante 3 et le substrat semiconducteur délimitent une île isolante dans la couche épitaxiale 2, dans laquelle les deux structures de 25 transistors T1 et 12 sont disposées. La portion 2a de la couche épitaxiale 2 qui est située dans l'île isolante, sert de zone collectrice commune pour les deux structures de transistors T1 et T2. Une zone de contact 5 conductrice de type N+ est insérée dans la zone précédente sur une portion convenable de la surface et connectée à la borne collectrice extérieure C. 30 Les deux structures de transistors T1 et T2 sont constituées respectivement par les zones de base 6 et 7 conductrices,de type P,qui sont insérées dans la sur-face de la couche epitaxiale et dans lesquelles, à leur tour, on insère les zones émettrices 8 et 9 conductrices de type N. Les bornes respectives de ces zones sont désignées par les références Bl, B2ouEl, E2. 35 Dans l'exemple considéré, les bornes El et B2 sont connectées l'une à l'autre, c'est-à-dire que la zone d'émetteur de la structure de transistor T1 est reliée de manière conductrice à la zone de base de la structure de transistor T2, de telle aorte qu'il en résulte la configuration d'un amplificateur de Darlington. En conséquence, au cours du fonctionnement de ce circuit semiconducteur intégré monoli-40 thique, une portion du courant d'émetteur de la structure de transistor T2 s'écoule 71 37654 3 2111745 par le trajet collecteur-émetteur de la structure de transistor Tl. Si les deux transistors sont intégrés de la même manière que cela est représenté sur la figure 1, il en résulte un trajet de courant dans la couche épitaxiale 2a entre la zone de contact de collecteur 5 dopée de type N+ et la couche intemié-5 diaire 4, qui est commune au courant collecteur des deux structures de transistors. Ceci est illustré sur la figure 1 dans laquelle les régions semiconductrices, à travers lesquelles les deux courants de collecteur s'écoulent, sont symbolisées par leurs résistances ohmiques qui sont indiquées le long du trajet de courant. Ainsi, le courant collecteur de la structure de transistor Tl s'écoule à tra-10 vers la résistance équivalente RI représentant la résistance partielle de la couche épitaxiale 2a entre la zone de jonction PN collecteur-base de la structure de transistor Tl et la couche intermédiaire fortement dopée 4, et ensuite sur une portion de la couche intermédiaire 4 qui est représentée par la résistance équivalenté R2 puis finalement sur la résistance équivalente R3 représentant la résistance par-15 tielle de la couche épitaxiale 2a entre la zone de contact de collectéur 5 et la couche intermédiaire 4. Le courant collecteur de la structure de transistor T2 s'écoule à travers les résistances équivalentes R5 et R4 correspondant aux résistances équivalentes RI et R2, et après à travers la même résistance équivalente RJ. Sur la figure 2, ces En conséquence, toutefois, le courant collecteur-émetteur de la structure de transistor Tl s'écoule également à travers la résistance commune RjJ en provoquant 25 ainsi, à travers elle, une chute de tension correspondante augmentant la tension de saturation du montage total. La figure 3* dans ses parties essentielles, correspond au montage de la figure 1} les parties identiques portent les mêmes références numériques. Selon l'invention, la couche intermédiaire 4 de la figure 1 est divisée en 30 couches intermédiaires partielles 4a et 4b qui sont séparées l'une de l'autre par le matériau de la couche épitaxiale. Chacune des couches intermédiaires partielles est placée au-dessous de la zone de jonction PN collecteur-base de la structure de transistor associée. En conséquence, la couche intermédiaire partielle 4a située au-dessous de la zone de jonction PN collecteur-base appartient à la structure de 35 transistor Tl, tandis que la couche intermédiaire partielle 4b située au-dessous de la zone de jonction PN collecteur-base appartient à la structure de transistor T2. Selon une autre caractéristique de l'invention, les dimensions superficielles de la zone de contact de collecteur 5 sont choisies de telle sorte que ses projections recouvrent partiellement chacune des couches intermédiaires partielles 4a 40 et 4b. 71 37654 2111745 En considérant maintenant les courants collecteurs des structures de transistors individuels qui s'écoulent dans ce circuit semiconducteur, de la même manière que cela est fait précédemment en référence avec la figure 1, on peut voir que le courant collecteur de la structure de transistor Tl s'écoule de nouveau à travers 5 les résistances équivalentes RI et R2, mais maintenant traverse également la résistance équivalente P.6 représentant la résistance partielle de la couche épitaxiale 2a située entre la zone de contact de collecteur 5 et la couche intermédiaire partielle 4a. Le courant collecteur de la structure de transistor T2 traverse également les résistances équivalentes R5 et R4, mais ensuite traverse la résistance 10 équivalente R7 représentant la résistance partielle entre la zone de contact de collecteur 5 et la couche intermédiaire partielle 4b. En conséquence, la résistance équivalente commune RJ selon la figure 1 a été divisée selon l'invention en deux résistances équivalentes R6 et R7,de telle sorte que maintenant le courant collecteur de la structure de transistor Tl ne s'écoule plus à travers une résistance 15 qui est commune au circuit collecteur de la structure de transistor T2. En conséquence, toutefois, le courant collecteur de la structure de transistor Tl ne peut plus provoquer de chute de tension supplémentaire augmentant la tension de saturation. Naturellement, les résistances équivalentes R6 et R7 sont reliées l'une à 20 l'autre à travers la résistance équivalente R8 représentant la valeur partielle de la couche épitaxiale 2a qui est située entre les résistances équivalentes R6 et R7, mais étant donné que cette résistance R8 est de valeur élevée par rapport à R6 ou R7 (R8 étant environ cinquante fois plus grande que R6 ou Kf respectivement) » il en résulte un bon découplage entre les résistances équivalentes R6 et R7. 25 La figure 4 représente le circuit électrique équivalent de la structure semi- conductrice de la figure 3, montrant que le courant collecteur de la structure de transistor Tl est maintenant seulement couplé à travers la résistance R8 de valeur élevée, au circuit collecteur de la structure de transistor T2. Au moyen d'une transformation étoile-maille, on peut démontrer que,grâce au couplage à travers la 30 résistance R8, la résistance correspondant maintenant à la résistance R3 est sensiblement plus faible, de telle sorte que la tension chute à travers elle, et apporte sa contribution à la tension de saturation du montage total qui est réduite dans la même proportion. Il est bien évident que la réalisation selon l'invention peut être utilisée 35 non seulement dans le cas de deux structures de transistors avec me île Isolante, mais également avantageusement dans le cas de trois ou. plusieurs structures de transistors. Par rapport à cela, ces agencements des structures de transistors Individuels sont particulièrement appropriés et sont répartis d'une manière telle sur la surface de l'île isolante que,dans une vue en plan,les structures de tran-40 sistors individuels sont disposées autour du contact de collecteur conroun. Toute 71 37654 s 2111745 fois, il peut également être avantageux de réaliser des groupes partiels individuel de structures de transistors avee son propre contact de collecteur commun. De même dans ce cas la couche intermédiaire est divisée en couches intermédiaires partielles individuelles selon l'invention. Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec un exemple particulier de réalisation, on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. BAD ORIGINAL 71 37654 « . 2111745 REVENDICATIONS 1. Circuit semiconducteur intégré monolithique caractérisé en ce qu'il comporte : - un' substrat d'un type de conductivité ; 5 - une couche épitaxiale ayant une conductivité opposée à celle du substrat et disposée sur celui-ci ; - une région isolante pénétrant dans la couche épitaxiale et formant une île isolante avec le substrat ; - au moins deux structures de transistors ayant un collecteur commun disposé dans 10 l'île isolante et connecté de telle sorte qu'une portion du courant émetteur de la structure d'un transistor s'écoule par l'intermédiaire du trajet collecteur-émetteur de la structure de l'autre transistor ; - une couche intermédiaire ayant la même conductivité que celle de la couche épitaxiale disposée entre le substrat et la couche épitaxiale, la couche intermédiaire 15 étant divisée d'une manière telle qu'au-dessous de la jonction PN collecteur-base de chacune d'au moins deux structures de transistors, une portion de la couche intermédiaire est séparée de celle de l'autre structure de transistor par la couche épitaxiale. 2. Circuit semiconducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la 20 zone de contact de collecteur recouvre chacune des posions de la couche intei-mé- diaire.