Brevet FR2130015A1 — publié le 19721103

La présente invention concerne un transistor hyperfréquences utilisé selon la technologie des conducteurs poutres (beam leads) notamment dans les circuits intégrés hybrides. L'utilisation des conducteurs poutres dans les circuits intégrés est connue. Ce sont des métallisations conductrices relativement larges qui proviennent de trois électrodes d'un transistor et débordent vers llextérieur de la pastille afin de permettre les connexions avec celles-ci. Les conducteurs poutres ont pour inconvénient d'augmenter la capacité entre le collecteur et la base d'un transistor monté en émetteur commun. Ainsi la capacité de la partie intervenant dans la capacité collecteur-base peut atteindre plusieurs picofarads alors que sans la poutre celle-ci en y incluant la capacité du boîtier et les métallisations ne s'élève qu'à quelques dixièmes de picofarads. On sait que le gain en puissance d'un transistor monté en émetteur commun est inversement proportionnel à la capacité collecteur-base.La réduction de cette capacité est particulièrement importante si l'on veut réaliser un amplicateur ayant un gain en puissance élevé et pouvant fonctionner à des fréquences supérieures à i GHZ. Jusqu'à présent, la diminution de la capacité collecteur-base était obtenue en jouant sur deux paramètres influant sur la valeur de la capacité soit l'accroissement d'épaisseur d'oxyde de silicium soit la diminution de la surface de la poutre. Dans le premier cas une épaisseur limite ne doit pas être dépassée car en la dépassant le masquage n'est plus assez bien défini. Dans le second cas la diminu- tion de la surface ne peut être obtenue qu'aux dépens de l'adhérence du métal de la poutre sur l'oxyde de silicium, une trop petite surface de contact ne permettant pas l'accrochage de la poutre sur la pastille du semiconducteur. Le dispositif selon la présente invention permet de remédier à ces incon vénients. Dans celui-ci en effet il est possible de Rinuer la capacité collec- teur-base dans un transistor utilisé en émetteur commun tout en assurant une adhérence et une épaisseur normales entre la poutre et le substrat. La présente invention a pour objet un transistor hyperfréquences en technique planaire monté en émetteur commun comportant dans un substrat d'un premier type de conductivité jouant le rôle de collecteur, un émetteur du même premier type de conductivité entouré par une base du deuxième type de conductivité opposée au premier type de conductivité et comportant sur une couche isolante à la surface du substrat un conducteur métallique du type poutre connecté à ladite base à travers une fenêtre percée dans ladite couche isolante caractérisé par le fait qu'une zone du deuxième type de conductivité est disposée au sein dudit substrat au-dessous dudit conducteur poutre de base et qu'une connexion métallique est réalisée entre cette zone et l'émetteur. En se référant aux figures schématiques on va décrire ci-après un exemple de mise en oeuvre de la présente invention, exemple donné à titre purement illustra tif et nullement limitatif. La figure 1 représente une coupe schématique d'un transistor réalisé en structure planaire. La figure 2 représente le schéma de principe d'un transistpr présentant une capacité parasite due à la présence d'une poutre. La figure 3 représente le schéma de principe d'un transistor selon l'inven~ tion dans lequel les capacités ont été déplacées. Sur la figure 1 on voit un transistor réalisé sur une plaquette de silicium dans laquelle ont été préalablement diffusées des zones de collecteur 1 de type de conductivité n, de base 2 de type de conductivité p et d'émetteur 3 de type de conductivité n. Une fenêtre de contact 8 permet d'atteindre le collecteur, une fenêtre 7 la base et une fenêtre 6 l'émetteur à travers une couche isolante de bioxyde de silicium 9. Des métallisations sont disposées à l'intérieur de ces fenêtres en contact avec es zones d'émetteur de collecteur et de base. Elles sont terminéespar des conducteurs poutres 10, 11, 12. Au-dessous de la poutre de base 12 et dans le collecteur 1 une zone écran 13 de type de conductivité p est obtenue par diffusion, le contact étant repris par une fenêtre 14. Une connexion 15 raccorde l'écran 13 à l'émetteur 3. Le potentiel de l'écran 13 est donc ramené à celui de l'émetteur 3. Sans la présence de cet écran 13 la capacité parasite CMOS de la poutre 12 serait répartie entre la poutre 12 et le collecteur autrement dit entre la base et le collecteur ce qui est représenté sur la figure 2. La capacité CMOS disposée entre la base et le collecteur d'un transistor monte emetteur commun est gênante parce qu'elle limite le gain en puissance de ce transistor notamment aux hyperfréquences. On voit sur la figure 3 un transistor monté en émetteur commun, l'émetteur 3 étant à la masse, l'entrée du signal se faisant par la base 2 et la sortie du signal se faisant par le collecteur 1. Du fait de la présence de l'écran 13, la capacité parasite CMOS apparaît entre la poutre 12 et l'écran 13 autrement dit entre la base 2 et l'émetteur 3 puisque l'écran 13 est connecté à l'émetteur 3. On a obtenu le report de la capacité parasite CMOS entre la base et l'émetteur. La diminution de la capacité extérieure collecteur-base permet un fonctionnement du transistor aux hyperfréquences. il apparaît cependant une autre capacité C. à la jonction entre l'écran 13 et le collecteur 1. Puisque l'écran est relié à l'émetteur 1 la capacité C. se présente entre l'émetteur 1 et le collecteur 3. Les deux capacités CMOS et Cj peuvent être compensées par des réactances extérieures inductives. Cette compensation permet de réaliser une adaptation correcte valable dans une plage de fréquence donnée. Bien que le dispositif qui vient d'être décrit. paraisse le plus avantageux on comprendra que diverses modifications peuvent lui etre apportées sans sortir du cadre de l'invention certains des éléments du dispositif pouvant être remplacés par d'autres susceptibles d'y assurer la meme fonction technique. Notamment si le transistor doit être monté en base commune, la base est à la masse. Dans ce montage la capacite gênante entraînant une réduction du gain en puissance est la capacité entre l'émetteur et le collecteur. La capacité parasite principale provient de la poutre d'émetteur. L'écran est alors diffusé au-dessous de la poutre d'émetteur dans la zone du collecteur. Une connexion ramène le potentiel de l'écran à celui de la base. La capacité émetteur collecteur est alors reportée entre la base et l'émetteur alors que la capacité de l'écran apparaît entre la base et le collecteur. Dans le cas où le transistor est intégré de façon monolithique la poutre est remplacée par une métallisationde liaison ayant les mêmes inconvénients que les poutres dans les versions suivantes et la technique selon l'invention peut être appliquée dans les mêmes conditions. Le dispositif objet de l'invention peut être utilisé dans tous les cas où des conducteurs poutres présentent des capacités gênant le fonctionnement d'un semiconducteur aux hyperfréquences. Les applications particulièrement intéressantes peuvent être du domaine des amplificateurs hyperfréquences à faible bruit et gain en puissance important. REVENDICATIONS l/ Transistor hyperfréquences en technique planaire monté en émetteur commun comportant dans un substrat d'un premier type de conductivité jouant le rôle de collecteur, un émetteur du même premier type de conductivité entouré par une base du deuxième type de conductivité opposée au premier type de conductivité et comportant sur une couche isolante à la surface du substrat un conducteur métallique du type poutre connecté à ladite base à travers une fenêtre percée dans ladite couche isolante caractérisé par le fait qu'une zone du deuxième type de conductivité est disposée au sein dudit substrat au dessous dudit conducteur poutre de base et qu'une connexion métallique est réalisée entre cette zone et l'émetteur. 2/ Transistor hyperfréquences en technique planaire monté en base commune comportant dans un substrat d'un premier type de conductivité jouant le rôle de collecteur, un émetteur du même premier type de conductivité entouré par une base du deuxième type de conductivité opposée au premier type de conductivité et comportant sur une couche isolante à la surface du substrat un conducteur métallique du type poutre connecté audit émetteur à travers une fenêtre percée dans ladite couche isolante caractérisé par le fait qu'une zone du deuxième type de conductivité est disposée au sein dudit substrat au dessous dudit conducteur poutre d'émetteur et qu'une connexion métallique est réalisée entre cette zone et la base.