Brevet FR2247822A1 — publié le 19750509

La présente invention concerne un dispositif destiné à éviter la dissémination des charges dans les composants semiconducteurs, et plue particulièrement un anneau de garde entourant une source de haute tension, et destin à arrêter la dissémination des charges dans d'autres parties d'une pastille eemi-conductrice. La dissémination des charges soulève un difficile problème de circuit dans le fonctionnement des composants semiconducteurs aux tensions élevées, et particulièrement des composants MOS (Métal-oxyde-semi-conducteur). La dissémination des charges consiste en un mouvement des charges, positives ou négatives suivant le cas, à partir dtune surface métallique de contact ou autre;, connectée a une source de tension élevée, le long des surfaces intérieure et extérieure du revatement protecteur sur la pastille semi-conductrice. Ces charges entratnent de; mauvais fonctionnement; d'autres cir- cuits de la pastille, ainsi que de la formation de composants parasites sur cette pastille.Cela se produit généralement avec des tensions de l'ordre de 30 à 35 Volts. Il a été jusqu'à présent difficile de produire de; composants semi-conduc- teurs d'une grande fiabilité lorsqu'ils sont utilises dans cette plage de tension; élevées. L'invention permet de réduire au miniumm et d'éliminer nratiauement ce problème posé par les composants eemi-conduc- teurs antérieurs. En résumé, l'invention concerne un anneau de garde métallique qui entoure la surface métallique de contact à laquelle est connectée la source de tension élevée et qui est positionné dans un intervalle du revêtement. L'anneau de garde est connecté à une masse électrique de manière que le charges provenant de la surface de contact et qui passent au-dessus et au-dessous du revêtement soient arre- tées par l'anneau de garde, qui collecte le charges. L'inter- valle dans le revêtement peut être continu au consister en une série de fenêtres, cette dernière solution étant un compromiq entre la possibilité de collecter les charges qui se dissé- minent et les impératifs de protection mécanique. L'invention concerne donc un dispositif de protection contre la dissémination des charges dans des composants semi conducteur, et particulièrement des composants MOS; un dis- positif destin à éliminer les charges provenant d'une source de tension élevée sur une pastille semi-conductrice en des points situés entre la source de tension et d'autres circuits de la plaquette; et rarticulièrement un anneau conducteur de 1télectricitd entourant une source de tension élevée sur une pastille semi-conductrice et destiné à arre- ter la dissémination des charges électriques. D'autres caractéristiques et avantage de l'invention apparaîtront au cours de la deqcription qui va suivre. Aux dessine annexés, donnés uniquement à titre d'exemple nullement limitatif La Fig. 1 est une coupe d'une partie d'une pastille semi-conductrice MOS selon la technique antérieure, la Fig. 2 est une coupe d'une partie dune pastille semi-conductrice MOq réalisée selon l'invention; et la Fig. 3 est une vue de dessus de la partie de pastille semi-conductrice MOS de la Fig. 2. La Fig. 1 représente une partie dune pastille M04 réa- lisée selon les techniques antérieures. Cette plaquette comporte une surface métallique de contact 1 à laquelle est connectée une source de tension négative élevée -V par l'in- termédiaire d'une résistance R. La présente description porte sur le cas d'une tension négative élevée et de la dissémina- tion de charges négatives mais il est bien entendu que la tension élevée pourrait être positive, auquel cas ce sont des charges positives qui se disséminent. La surface 1 est formée sur une couche d'oxyde de champ 3 qui est positionnée. sur un substrat 5 de substance semi-conductrice. Un revêtement 9 est formé sur l'oxyde 3 et se prolonge sur la surface métailique de contact 1 afin d'assurer la protection mécanique de la pastille. Le revêtement 9 est en oxyde de silane, en nitrure de silicium, ou autre matière appropriée. Lorsqu'une tension négative élevée est appliquée à la surface de contact 1, des charge. s négatives sont formées et circulent le long de la surface extérieure et de la surface intérieure du revêtement protecteur 9, comme le montrent les lignes pointillées. Le phénomène est appelé dissémination de charges et concerne la conduction superficielle de l'oxyde de champ et du revêtement protecteur, de sorte que la surface de ces isolants se charge à un potentiel égal au potentiel d'attaque.Ceci pose des problèmes de circuit, particulière- ment lorsque la tension à la surface de contact 1 est supérieure à la tension seuil caractéristique VTH de l'oxyde de champ. I1 en résulte des mauvais fonctionnements de circuits à d'autres endroits de-la plaquette et la formation de composants MOS parasites. Les Fig. 2 et @ représentent une partie d'un composant M04 selon l'invention. Ce composant comporte une surface de contact métallique 1 connectée à une source de tension négative élevée (-V) Par l'intermédiaire dune résistance R. La surface de contact 1 est positionnée au-dessus d'une couche d'oxyde de champ 3 qui est au-dessus d'un substrat semiconducteur 5, comme dans le composant antérieur de la Fig. @1. Un anneau de garde 11 en métal conducteur de l'électricité est formé sur la couche d'oxyde 3 et entoure complètement la surface de contact 1, comme le montre mieux la Fig. 3. Une partie de l'anneau 11 est constituée par la barre de masse 15 à laquelle le reste de l'anneau 11 est connecté de manière à se trouver au potentiel de la masse électrique. Le revete- ment protecteur est réalisé en deux parties, une première partie 13 qui s'étend partiellement au-dessus de la surface de contact métallique 1, et partiellement au-dessus de anneau de garde i 1t, q en remplissant l'espace entre eux. La seconde partie 7 du revêtement s'étend jusqu'à l'anneau de garde 11, maie en est légèrement espacée. Il apparaît donc que les parties 7 et 13 du revêtement selon le mode de réalisation des Fig 2 et 3 sont complètement isolées électriquement l'une de l'autre, en formant ainsi une interruption du revêtement. La Fig. Z particulièrement montre que les charges néga tves provenant de la surface de contact métallique t se déplacent le long de la surface extérieure et de la surface in- térieure de la partie 13 du revêtement et qu'elles atteignent l'anneau de garde métallique 11 qui interdit toute autre pro gression de ces charges. Ces dernières s'écoulent par anneau de garde qui est au potentiel de la masse. De cette manière, aucune charge ne oeut se déplacer au-delà, le long de la pas tille semi-conductrice. selon une variante de réalisation, la partie 13 et la partie 7 du revêtement de la Fig. 2 peuvent qe rejoindre en différents points, de sorte que l'anneau de garde métallique 11 est mis à nu dans des fenêtres de ce revêtement. Le prolongement du revêtement au-dessus de l'anneau de garde 11 assure une meilleure protection mécanique de la pastille mais diminue également la possibilité découler le charges qui circulent le long de la surface extérieure du revêtement. Il est donc nécessaire de choisir les dimension; des fenêtres de manière à aboutir à un compromis acceptable entre la protection voulue contre la dissémination de charge et la protection mécanique nécessaire. En fabrication, l'anneau de garde métallique 11 peut être déposé pendant la phase de métallisation du reste de la pastille semi-conductrice, d'une manière bien connue. Le revêtement est ensuite déposé avec un masquage approprié des zones décrites ci-dessus. Les matières préférées pour le revêtement sont 11 oxyde de silane et le nitrure de silicium déposés par plasma. Dans le cas d'oxyde de silane, le revêtement a une épaisseur de l'ordre de 5000 tandis que dans le cas de nitrure de silicium, cette épaisseur est de l'ordre de 2500 . Avec le nitrure de silicium, la dissêmination des charges à l'interface entre le revêtement et l'oxyde de champ est réduite au minimum par rapport au silane mais les effets de charges MOS à la surface extérieure du revttement sont augmentés. Bien qu'un mode spécifique de réalisation soit décrit ci-dessus, il est évident que de nombreuse; variantes et modification; peuvent y être apportées sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Composant semi-conducteur, caractérisé en ce qu'il comporte un substrat eemi-conducteur, une couche d'oxyde sur une surface dudit substrat, une pièce de contact électrique positionnée sur une partie de ladite couche d'oxyde et agencée de manière à être connectée à une source de tension élevée,et un anneau de garde conducteur de l'électricité entourant zu moin; partiellement ladite pièce de contact et positionné sur ladite couche d'oxyde, ledit anneau étant agencé de manière à être connecté à une source de tension de référence différente de ladite tension élevée. 2 - Composant semi-conducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit anneau de garde entoure entièrement ladite pièce de contact. 3 - Composant semi-conducteur selon l'une quelconque des revendi- tions 1 ou 2, caractérisé en ce qu'iL comporte un premier revêtement isolant de l'électricité Positionné sur ladite couche d'oxyde entre ladite pièce de contact et ledit anneau de garde, et.un second revttement isolant de l'électricité positionné au-delà dudit anneau de garde. 4 - Composant semi-conducteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit premier revêtement passe au-dessus de ladite Pièce de contact ét dudit anneau de garde. 5 - Composant semi-conducteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit premier revêtement et ledit second revêtement sont séparés l'un de l'autre. 6 - Composant semi-conducteur selon l'une quelconque les revenditions 3 ou 4, caractérisé en ce que le premier revêtement et le second revêtement se rejoignent en de; positions déterminées, en ménageant des fenêtres en des points déterminés dudit anneau de garde.