Brevet FR2421467A1 — publié le 19791026

La présente invention concerne la micro-électronique et, plus particulièrement, les structures semi-conductrices qui peuvent être fabri quées par des techniques de type circuit intégré. On sait fabriquer, sous forme de circuit intégré, des structures semi-conductrices qui sont destinées a la mise en oeuvre d'un circuit électrique particulier et ne peuvent donc être utilisées que pour la fonction considérée. Après la conception et la mise au point, ces structures peuvent être produites en grandes quantités a un faible colt. Toutefois, la conception et la mise au point de ces structures demandent du temps, sont coûteuses et produisent des circuits intégras dont la finalité est très précise et qui conviennent moins bien dans le cas où un nombre relativement peu élevé d'unites est ndcessaire. De plus, ceci rend les circuits intégrés a fonctions précises peu adaptes aux applications expérimentales. C'est pourquoi ont été mises au point des structures semiconductrices fabriquées sous la forme de circuits integrds, qui sont consi dérées comme des "réseaux logiques non affectés è une fonction particulière". Ces structures concernent des montages normalisés de composants de circuit sous forme intégré qui ne sont pas, ou ne sont que partlellement, connectés ensemble dans le circuit integrd. On peut donc les connecter selon un grand nombre de manières differentes au moyen de connexions externes permettant de produire des fonctions particulières voulues. L'invention a pour but de produire une structure semi-conductrice perfectionnée sous forme de circuit intégré, Selon un but plus précis de l'invention, il est proposé une structure semi-conductrice sous forme de circuit intégré dont l'accès aux éléments de circuit est amélioré vis- & vis de l'extérieur. Selon un autre but de l'invention > la structure semi-conductrice proposée présente une plus grande concentration de composants, Selon l'invention, il est proposé une structure semi-conductrice sous forme de circuit inEegre qui comprend un ensemble de groupes qui sont constitués chacun de plusieurs transistors qui ne sont pas, ou ne sont que partiellement, interconnectés, les régions des électrodes des transistors de chaque groupe étant connectées k des aires de contact accessibles depuis ltextérieur et les transistors étant symétriquement disposés dans chaque groupe. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description suivante d'exemples de struc- tures sam-conductrices micro-électroniques constituant des modes de réalisation de l'invention, qui sont illustrés par les dessins annexés, sur lesquels - la figure I est une vue en plan schématique et très agrandie d'une partie de la structure selon l'invention ; les figures 2A à ZC, 3A à 3C, 4A-4B et 5A-5B présentent des schémas symboliques et de montage de circuits particuliers et les façons correspondan tes dont une cellule faisant partie de la structure de la figure 1 peut être connectée pour pouvoir réaliser les fonctions des circuits particuliers ; et - les figures 6A à 6S présentent des étapes de la fabrication d'une partie d'un des groupes de la structure de la figure 1. la structure semi-conductrice micro-électronique qui va maintenant être décrite, et qui est partiellement et schématiquement représentée sur la figure 1, comprend un ensemble de"groupes", dont chacun est constitué, dans cet exemple, de quatre couples de transistors. Dans chaque groupe, les deux transistors de chaque couple sont partiellement connectés l'un à l'autre, mais, mis à part ces connexions, les transistors du groupe ne sont pas interconnectés, et des aires de contact sont prévues pour permettre la réalisation de connexions aux transistors ; les groupes de l'ensemble ne sont pas non plus connectés entre eux. L'ensemble n'est donc pas affecté à une fonction particulière.Ainsi, en superposant à l'ensemble un réseau de conducteurs électriques, on peut interconnecter les transistors des groupes à l'intérieur de chaque groupe et, si on le désire, les transistors d'un groupe à un ou plusieurs autres groupes, et obtenir de cette manière un ou plusieurs groupes de l'ensemble formant un ou plusieurs circuits affectés à une fonction particulière. Il faut comprendre que l'ensemble est fabriqué par des techniques du type circuit intégré sous forme miniaturisée. Par exemple, un ensemble formé de 440 groupes, qui contiennent chacun quatre couples de transistors, peut occuper une surface d'environ 0,5 cm. On va maintenant décrire l'ensemble de façon plus détaillée en relation avec la figure 1, qui montre quatre groupes I, II, III et IV placés sur un substrat 5 recouvert d'une couche d'isolant électrique. Comme on peut le voir, le groupe I est forme de quatre couples de transistors, un premier couple étant constitué des transistors 5A et 8A, un second couple des transistors 6B et 8B, un troisième couple des transistors 6C et 8C, et un quatrième couple des transistors 6D et 8D. Comme on peut le voir sur la figure, les transistors sont matériellement disposés sur des cercles extérieur et intérieur, le cercle extérieur étant formé des transistors 6A, 6B, 6C et 6D, et le cercle intérieur étant formé des transistors 8A, 8B, 8C et 8D. Dans cet exemple, les transistors du cercle extérieur sont des transistors à effet de champ du type NJ alors que les transistors du cercle intérieur sont de type P. En ce qui concerne chaque couple de transistors, la grille du transistor du cercle intérieur est directement connectée (par l'inter médiaire d'une connexion indiquée en IOA dans le cas du couple 6A, 8A et par des connexions correspondantes pour les autres couples de transistors) à la grille du transistor du cercle extérieur. Toutefois, les connexions lOA, lOB, lOG et 10D sont les seules connexions existant entre les transistors. Comme on peut le voir dans le cas des transistors 6A et 8A, la grille du transistor 6A est rapportée à un plot de contact 2EA, sa région de source et sa région de drain sont respectivement rapportées à des aires de contact 26A et 28A, tandis que les régions de source et de drain du transistor SA sont respectivement rapportées aux aires de contact 30 et 32A.La même disposition se retrouve pour les transistors 6B et 8B, et leurs aires de contact sont désignées d'une façon analogue à celles des transistors 6A et 8A (mais à l'aide d'un suffixe B), sauf en ce qui concerne le plot de contact 30 ; on voit que ce dernier est partagé avec le transistor 8B et connecte donc ensemble les deux transistors. Les transistors 6C et 8C, et 6D et 8D, sont montés connectés de façon analogue, mais ne sont pas connectés aux transistors 6A et AA, et 6B et 8B. Des connexions d'alimentation électrique sont placées sur ltenvers du substrat 5, qu'elles traversent, et sont connectées à une aire de contact 34 (tension positive) et à des aires de contact 36 et 38 (tension négative). Chaque groupe comporte un cercle extérieur d'aires de contact qui sont disposées par couples, comme on peut le voir pour 40 et 42, 44 et 46, 48 et 50, 52 et 54, 56 et 58, et 60 et 62. Les aires de contact de chacun de ces couples sont connectées ensemble par une liaison 64, mais ne sont pas connectées d'autres façons. La liaison 64 se trouve dans le substrat et sous sa couche d'isolant, Toutes les aires de contact sont accessibles et passent à travers la couche d'isolant du substrat. La disposition de chacun des autres groupes de l'ensemble est identique à celle présentée pour le groupe I et, en pratique, il existe un grand nombre de groupes dans lrensemble. L'ensemble constitue donc un grand nombre de groupes dans chacun desquels les éléments (les transistors, ne sont pas connectés (sauf en ce qui concerne les liaisons lOA, lOB, 10C et IOD et les aires de contact 30), leurs régions d'électrodes étant rapportées respectivement a des aires de contact. Chaque groupe comporte donc un ensemble d'aires de contact au moyen desquelles les transistors peuvent entre connectés ensemble de différentes manières et peuvent être connectés à un circuit extérieur, ainsi que; si on le désire, aux transistors d'un autre ou de plusieurs autres groupes, afin de réaliser un circuit voulu, si bien que, de cette manière, le ou les groupes peuvent être affectés, àune fonction particulière. Les aires de contact 40 à 62 du cercle extérieur de contact de chaque groupe peuvent titre utilisées dans un processus d'interconnexion Ils peuvent également servir à faciliter la connexion d'une partie de l'ensemble à une autre. Les liaisons 64, qui se trouvent au-dessous de la couche d'is#,lant du substrat et sont donc isolées de la surface, permettent d'établir des liaisons en direction de la partie interne du groupe, lesquelles traversent la couche isolante du substrat et suivent les liaisons 64. Pour mettre en oeuvre le processus dtinterconnexion, on réalise un montage approprié de conducteurs, par exemple au moyen d'aluminium selon un procédé connu, et on place ce schéma de conducteurs sur l'ensemble de façon que les conducteurs relient entre elles les aires de contact de la façon voulue. Les figures 2A à 5B présentent, à titre d'exemple, différentes manières d'interconnecter les aires de contact d'un groupe tde la manière dderite, au moyen d'un montage de conducteurs), les transistors du groupe étant alors interconnectés de façon~9 réaliser une ou plusieurs fonctions particulières. Les figures 2A à 2C montrent un groupe qui est connecté de manière à réaliser deux fonctions, à savoir la fonction d'un inverseur et celle d'une porte ET à trois entrées. La figure 2A présente symboliquement et schématiquement le circuit de l'inverseur, tandis que la figure 2B présente symboliquement et schématiquement le circuit de la porte ET à trois entrées. La figure 2c montre le groupe après la mise en place des connexions lui permettant de jouer les fonctions des circuits des figures 2A et 23. Sur la figure 2C, les connexions qui correspondent à la figure 2A sont présentées en trait interrompu, tandis que celles correspondant à la figure 2B sont présentées en trait plein. Le symbole +Ve indique une tension de polarisation appropriée et OV le potentiel de la terre. Les figures 3A à 3C présentent un groupe qui est connecté de façon à réaliser deux fonctions, à savoir celle d'une porte NI à deux entrées et celle d'une porte ET à deux entrées. La figure 3A montre symboliquement et schématiquement le circuit de la porte NI, tandis que la figure 3B présente symboliquement et schématiquement le circuit de la porte ET. La figure 3C présente le groupe après que les connexions ont été mises en place pour lui permettre de jouer les fonctions des circuits des figures 3A et 3B. Sur la. figure 3C, les connexions correspondant à la figure 3A sont indiquées en trait interrompu, tandis que celles correspondant à la figure 3B sont indiquées en trait plein. Les figures 4A et 4B présentent une cellule qui est connectée de manière à réaliser une unique fonction, celle de deux portes ET à deux entrées alimentant une porte NI à deux entrées. La figure 4A montre symboliquement et schématiquement le circuit correspondant La figure 4B montre le groupe après la mise en place des connexions lui permettant d'effectuer la fonction du circuit de la figure 4A. Les figures SA et 5B présentent un groupe qui est connecté pour réaliser une seule fonction, qui est cette fois celle d'un circuit de commutation utilisant un couple de portes de transmission et un inverseur. La figure SA montre symboliquement et schématiquement le circuit, tandis que la figure SB montre le groupe après que les connexions ont été mises en place pour lui permettre de réaliser la fonction correspondant au circuit. Les figures 2A à 5B présentent des exemples du très grand nombre de circuits qui peuvent être ainsi obtenus (les circuits indiqués ne représentant qu'une très faible proportion du nombre possible) et elles montrent également la facilité avec laquelle on peut effectuer les connexions avec toute aire de contact d'un groupe, tout en laissant la place nécessaire à d'autres connexions entre le groupe considéré'et des groupes d'autres parties de ltensemble, ou a des connexions destinées à relier les groupes entre eux. Ces avantages résultent d'un certain nombre de facteurs conceptuels. Il est apparu que quatre couples de transistors pour chaque groupe constituaient une valeur optimale. Pour la plupart des fonctions, ceci permet de n'utiliser qu'un seul groupe pour réaliser la fonction, tandis que, dans le même temps, les transistors constituant le groupe n'étaient pas en situation sensible de sous-emploi. Le rangement des transistors de chaque groupe en un cercle intérieur et un cercle extérieur facilite également leur connexion. La symétrie générale de chaque groupe présente également des avantages. Il est apparu que de nombreuses fonctions nécessitaient au moins deux transistors chacune, une des régions d'électrode étant connectée à une des régions d'électrode de l'autre transistor, et la disposition utilisée pour le groupe est donc avantageuse en ce que cette interconnexion est "intégrée" sous la forme des aires de contact communes 30. La référence aux figures 3A et 3C illustre ce fait. L'aire de contact 30 est indiquée sur la figure 3A, et les points auxquels des connexions entre transistors doivent entre établies de façon supplémentaire (par des connexions externes appropriées reliant certaines des aires de contact du groupe) sont indiqués par "X". On peut ainsi réaliser la fonction voulue au moyen de cinq interconnexions seulement (sans compter les connexions d'entrée et de sortie). Le fait de disposer les contacts 40 a 62 en un cercle extérieur facilite la formation de connexions d'un groupe à un autre, et les liaisons enterrées 64 permettent des connexions croisées. La disposition interne de chaque groupe permet d'établir des connexions entre tout couple de transistors, même entre ceux se trouvant & des coins opposés du groupe. La disposition du groupe permet donc d'utiliser de façon extrêmement favorable la surface totale de silicium. Ceci est important pour des raisons de cotit. Il apparat t inévitablement un certain nombre de défauts cristallins lors du processus de production, ce qui entrain une certaine quantité de rejets. L'excellente concentration des composants qui est réalisée dans le groupe minimise ainsi les rejets. Les figures 6A à 6F illustrent schématiquement le procédé de fabrication de l'ensemble de l'invention, dans le cas drue partie de cet ensemble constituée d'un couple de transistors, à savoir un transistor de type N et un de type P. Initialement, on produit un substrat 5 en silicium a dopage N, puis on forme des "ilotes" 68 et 69 dont certains reçoivent un dopage P, comme cela est indiqué en 70 et 71 sur la figure 6A. On forme ensuite une mince couche d'oxyde 72 au sommet de chaque Plot (figure 6B). On place ensuite des couches 74 et 76 de silicium poly cristallin au sommet de chaque plot, par-dessus la couche d'oxyde (figure 6C). On retire ensuite le reste de la couche d'oxyde sur chaque Slot (figure 6D). Ensuite, en deux opérations distinctes, on fait dif fuser des impuretés N+ et P dans la matière des Plots, les impuretés étant placées là où un transistor de type N doit être formé (comme c'est le cas pour le côté gauche de- la figure 6E3 et les impuretés P+ étant intro duites là où un transistor de type P doit être forme (comme c'est le cas dans la partie droite de la figure 6E). Pendant le processus de dopage, chaque couche de silicium polycristallin définit une région de non-dif fusion 80, 82 au-dessous de laquelle se trouve le canal du transistor à effet de champ. Les couches en silicium polycristallin forment les grilles des transistors. Comme cela est indiqué sur la figure 60, on fait alors croître une épaisse couche d'oxyde 84 sur l'ensemble de la structure et (figure 6G) on forme par gravure des trous 86 par lesquels il est possible d'établir des contacts avec les aires de contact de la structure. On réalise les opérations précédentes au moyen d'une série de processus de masquage distincts suivis de processus de gravure. L'ensemble obtenu présente alors la forme indiquée sur la figure 1. Comme cela a déjà été expliqué, pour affecter à l'ensemble selon l'invention des fonctions particulières, on connecte les aires de contact entre elles et ê des connexions externes au moyen dlun schéma de conducteurs, d'une manière voulue. Lorsque ce schéma de conducteurs a été placé au-dessus de l'ensemble et est connecté aux aires de contact, on recouvre l'ensemble obtenu par un dépôt de verre, les circuits étant alors achevés. Bien entendu, l'homme de l'art peut apporter, sans sortir du cadre de l'invention, diverses modifications à la structure semi-conduc trice qui vient autre décrite uniquement à'titre d'exemple non limitatif de l'invention, REVENDICATION S 1. Structure semi-conductrice sous forme de circuit intégré, comprenant un ensemble de groupes qui sont chacun constitués de plusieurs transistors, lesquels ne sont pas, ou ne sont que partiellement, interconnectés, les régions d1électrodes des transistors de chaque groupe étant connectées à des aires de contact accessibles depuis l'extérieur, la structure étant caractérisée en ce que les transistors sont symétriquement disposés dans chaque groupe. 2. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque groupe est formé de plusieurs couples de transistors. 3. Structure selon la revendication 2, caractérisée en ce que, dans chaque couple, la région de grille de l'un des transistors est connectée à la région de grille de l'autre par une connexion directe, 4. Structure selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que certains des transistors (8A, 8B, 8C,8D) sont symétriquement disposés suivant un premier lieu entourant le centre du groupe, les autres transistors (6A, 6B,6C, 6D) étant symétriquement disposés suivant un second lieu entourant le centre du groupe extérieurement au premier lieu. 5. Structure selon la revendication 4 > caractérisée en ce qu'un transistor de chaque couple se trouve sur le premier lieu, l'autre transistor de chaque couple se trouvant sur le second lieu. 6. Structure selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que le premier et le second lieu sont respectivement des rectangles. 7. Structure selon la revendication 2, 3, 5 ou 6, caracté- risée en ce qu'un transistordechaque couple est un transistor de type N, l'autre transistor de chaque couple étant un transistor de type P. 8. Structure selon la revendication 2, 3, 5, 6 ou 7, carac térisée en ce qu'il existe quatre couples de transistors dans chaque groupe. 9. Structure selon la revendication 8, caractérisée en ce que les quatre couples de transistors sont disposés en deux sous-groupes (6A, 8A, 6B, 8B ; et 6C, 8C, 6D, 8D) > constitués chacun de deux couples des transistors. 10. Structure selon la revendication 9, caractérisée en ce que, à l'intérieur de chaque sous-groupe > une des régions d'électrodes de l'un seulement des transistors du couple est connectée a la région d'élec- trode correspondante de l'un seulement des transistors de l'autre couple, 11. Structure selon l'une quelconque des revendications a 10, caractérisée en ce que chaque groupe comporte un cercle extérieur régions de contact qui ne sont pas connectées avec les transistors. 12. Structure selon la revendication 11, caractérisée en ce que les régions de contact sont connectées ensemble deux par deux par des moyens de liaison qui sont enterrés sous le matériau isolant.