Brevet FR2358023A1 — publié le 19780203

La présente invention a trait aux dispositifs semi-conducteurs et, plus particulièrement, un dispositif comprenant une structure réalisée dans une plaque de matériau semi-conducteur enfoncée dans un agent de blindage. Il est connu que, dans la production dede dis- positifs semi-conducteurs aussi bien bipolaires qu'unipolaires, de type discret ou bien intégré, on emploie pour le blindage des plaques,des matériaux de type divers, par exemple des resines contenant des charges contaminantes de titrage souvent incertain. Il se forme dans de tels matériaux, même en quantité limitée, des charges libres dont la présence n'est pas acceptable dans certains types de dispositifs. En tout état de cause, les effets préjudiciables des charges contaminantes consistent dans une altération du potentiel superficiel: de la plaque qui provoque la dégradation de nombreux paramètres du dispositif. Parmi ceuxci, il convient de mentionner, dans le cas d'un transistor, le gain statique de courant N E dont la dégradation est d'autant plus importante que le niveau de couranta#el il est éva- lue est plus bas. Cela est dfl à la migration des charges io- niques indésirables vers les zones de jonction, migration qui s'avère très limitée dans les structures produites selon les technologies les plus perfectionnées, mais qui est encore excessive lorsque l'on exige une fiabilité très élevée. L'un des premiers procédés du genre connu en vue de réduire les effets actuellement indiqués, lorsque l'agent de blindage est une résine, a consisté utiliser des résines ayant une basse teneur de charges ioniques, qui comportaient cependant d'autres inconvénients dus essentiellement å leur forte #iiatation- a la température maximale d'emploi et aux tensions mécaniques subséquentes exercées sur les fils de. raccordement entre la plaque et les bornes internes de la boîte contenant le dispositif blindé. D'autres améliorations ont été réalisées en réduisant la sensibilité des zones actives de la plaque l'égard des charges indésirables. Citons parmi ces améliorations celle qui est techniquement la plus avancée, mais qui n'est pas également valable dans tou#s les cas, qui consiste dans la passivation de la surface +de la plaque au moyen de nitrure de silicium (diélectrique imperméable aux ions) et dans l'agrandissement de la trace métallique d'une électrode allant jusqu a couvrir la zone superficielle de la jonction a protéger.Ce genre a d'amélioration est ce- pendant limité par les inconvénients suivants : 10a Il n1 annule pas le flux possible des charges ioniques précitées a cause des imperfections impossibles â éliminer (désalignement entre des métallisations et des surfaces relatives de contact, imperfections éventuelles dues à des impuretés). 20) Le choix de 11 électrode dont la surface est agrandie est forcé. 30) Augmentation des valeurs de Rbb' et Ccbo dans certains cas. 40) Diminution du nombre des composants actifs par unité de surface, dans le cas des circuits intégrés. Le but principal de la présente invention est d'éliminer valablement avec des moyens simples, répétitifs et du genre ordinairement employé dans la production de dispositifs semi-conducteurs, les inconvénients de la technique connue dus à des quantités mêmes minimes d'ions corrupteurs, soit intrinsèquea à l'agent de blindage, soit filtrants travers celui-ci. Selon l'invention, l'électrode métallique qui a été agrandie de la maniera connue mentionnée ci-dessus demeure de dimensions normales et remplit exclusivement la fonction d'alimentation; l'invention consiste a ajouter une première couche diélectrique sur l'électrode métallique et sur toutes les autres électrodes ou sur tous les autres raccords qui sont réalisés simultanément ainsi qu'à ajouter, sur ce premier diélectrique, une couche métallique unique et continue, surmontant toutes les zones actives et toutes les zones métallisées d'interconnexion, en outre, cette couche métallique est raccordée électriquement a une électrode de la plaque semi-conductrice et enfin elle est recouverte, en même temps que toutes les parties constituantes du dispositif, par un second diélectrique qui joue un rôle protecteur. La couche métallique unique et continue ainsi raccordée n'est pas seulement un élément introdui-: pour neutraliser les effets des charges indésirables présentes dans le premier et dans le second diélectriques pendant la durée de vie initiale du dispositif, c'est-à-dire la durée de vie relative aux phases de fabrication et d'essai, mais il est également introduit pour définir, dans les conditions de champ électrique déterminées par celui-ci, les parcours du déplacement éventuel des charges ioniques de maniéré a en assurer la neutralisation a tout autre instant ultérieur de la vie. Un perfectionnement ultérieur exposé dans les revendications associées consiste a réaliser un dispositif comprenant deux couches métalliques reliées électriquement a deux points de potentiel différent, c'est-à-dire en répétant deux fois la stratification des éléments ci-dessus mentionnés dans le cas d'une couche métallique unique. Une forme d'exécution de l'invention est re présentée#ci-après, a titre d'exemple non limitatif, par reférence aux dessins annexés , où Les figures 1, 2, 3 représentent, respectivement en perspective, en section frontale et en section laté- rale, mais pas a l'échelle, la structure d'un transistor discret de type connu ; et Les figures 4 , 5, 6 représentent, respectivement en perspective, en section frontale et en section la térale, mais pas a l'échelle, la structure d'un transistor discret selon l'invention. On remarquera que des chiffres de référence identiques sont attribués, sur les diverses figures, aux éléments correspondants ou analogues. La structure représentée sur les figures 1, 2 et 3 a trait a un transistor discret de type planar, dont le projet a été établi selon la technique connue, revêtu d'un agent de blindage 9 de genre usuel. Sur ce transistor , la protection contre les charges ioniques indésirables est réalisée au moyen d'une plus grande dimension 8 du: contact métallique d'émetteur 4 par rapport a la zone sous-jacente d'émetteur 1 afin de couvrir la jonction émetteur 1- base 2 et grâce a la passivation obtenue avec une couche 7 de nitrure de silicium.Comme on peut -le voir sur les figures, toute augmentation de la dimension 8 entraîne un agrandissement de la zone 2, car la distance industriellement réalisable entre les contacts mé galliques d'émetteur 4 et de base 5 a une valeur minimale bien définie. L'augmentation de dimension 8 comporte dans ce cas, comme on 11a dEjA exposé, toutes les autres conditions étant égales par ailleurs, une augmentation de la Rbbg et de la Ccbo La zone de collecteur est indiquée par 3. La couche isolante 6 est connue des experts comme étant intrinsèque a la technologie planar. La représentation graphique fait abstraction de la nature réelle de l'agent 9 et des détails qui ne sont pas essentiels a la compréhension de l'invention. La structure représentée sur les figures 4, 5 et 6 a trait a un transistor discret de type planar, revêtu de l'agent 9 jouant le rôle de second diélectrique et dont#le projet a été établi selon un mode d'exécution dé l'invention. On voit que le contact métallique d'émetteur 4 a ta largeur strictement nécessaire pour alimenter la zone d'émetteur 1; qu'au-dessus du contact métallique d'émetteur 4, aété déposée une couche diélectrique 10 jouant le rôle de premier diélectrique et que sur la couche diélectrique 10, a été déposée une couche métallique~ 11. La couche métallique 11 est raccordée au moyen de son appendice 12 qui traverse la couche diélectrique 10, au contact métallique d'émetteur sous-jacent 4 Comme on le voit sur la. figure 6, la surface de contact entre l'appendice 12 et la couche métallique 4 de contact d'émetteur a été représentée plus petite que la surface entre cette dernière et la zone d'émetteur 1: ceci pour mettre en évidence le fait que la connexion de 11 d 4 sert seulement a transférer le potentiel, avec une densité de courant absolument négligeable par rapport a celle qui est imposée dans le fonctionnement a l'électrode 4 sous-jacente. Pour transférer ce der#nier courant au circuit extérieur au dispositif, il est prévu une surface spéciale 17 ot est soudé a, l'électrode 4 un fil, qui n'est pas représenté, de connexion a la borne correspondante de la boite. La surface 17 est préparée en pratiquant une ouverture 13 dans l# diélectrique 10. De toute façon, le principe de l'invention est indépendant du fait que la couche métallique 11 est ou non traversée par la totalité ou par une partie du courant de fonctionnement de l'électrode qui lui est associée. En outre, selon l'invention, la couche mé- tallique 11 pourrait être raccordée a une électrode quelconque intérieure ou extérieure au dispositif. Le choix d'un tel point est lié uniquement a la nature des charges ioniques a neutraliser. De manière analogue, on voit que l'électrode métallique de base 5 possède une surface 18, aménagée en pratiquant une ouverture 14 dans le diélectrique 10, par la soudure d'un fil, qui n'est pas représenté, de connexion a la borne correspondante de la boite. La couche isolante 6 est connue des experts comme étant intrinsèque a la technologie planar. La représentation graphique fait abstraction de la nature réelle de l'agent 9 et des détails qui ne sont pas essentiels a la compréhension de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Dispositif a semi-conducteur comprenant une plaque de matériau semi-conducteur dotée, sur au moins l'une de ses plus grandes surfaces, de zones actives sensibles a la présence de charges électriques extérieures a la plaque ellemême, cette plaque étant recouverte d'au moins deux agents contigus isolants et contenant dés charges ioniques indésirables, dont la plus extérieure renferme, avec la surface de la plaque, tous les autres agents, caractérisé par le fait que entre l'agent isolant le plus extérieur et l'agent isolant qui lui est contigu, il présente une couche métallique continue dominant largement toutes les zones actives et par le fait que cette couche métallique est maintenue un potentiel de signe et de grandeur tels qu'il neutralise pendant toute la durée de vie du dispositif les charges ioniques indésirables contenues dans les agents isolants contigus. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le potentiel appliqué a la couche métallique est obtenu par connexion électrique a un point de la plaque. 3.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le potentiel appliqué a la couche métallique est obtenu par connexion électrique a l'un quelconque des adducteurs du conteneur du dispositif. 4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la couche métallique et la connexion électrique sont obtenues simultanément au moyen de techniques connues de métallisation. 5.- Dispositif selon 11 une quelconque des revendications 1 a 4, caractérisé par le fait que l'agent isolant le plus extérieur est une résine appliquée par estampage. 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 a 4, caractérisé par le fait que l'agent isolant le plus extérieur est un fluide appliqué par coulage dans une cavité. 7.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 a 4, caractérisé par le fait que 11 agent le plus extérieur est un gaz. 8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la séquence : coubhe diélectrique la plus extérieure, couche métallique, couche diélectrique sous-jacente à la couche métallique est répétée plusieurs fois. 9.- Dispositif selon la revendication 8 , carac térisé par le fait que les diverses couches métalliques sont branchées a des potentiels différents.