Brevet FR2680602A1 — publié le 19930226

Dispositif de circuit intégré à suppression des bruits d'alimentation " La présente invention concerne un dispositif de suppression des bruits d'alimentation dans un dis- positif de circuit intégré à semi-conducteurs, et plus particulièrement mais sans que cela soit exclusif, un dispositif de circuit intégré à suppression des bruits d'alimentation qu'on puisse monter sur une ligne d'a- limentation pendant le fonctionnement à grande vitesse10 du dispositif de circuit intégré. En général, le fonctionnement d'un circuit intégré est effectué par un chargement et un décharge- ment continus d'une charge électrique, les opérations de chargement et de déchargement étant effectuées,15 dans le circuit intégré, en restant dans la plage de possibilités de fournir et de recevoir les charges électriques à une borne d'alimentation de puissance. Ainsi, un fonctionnement brusque du circuit entraîne le passage à grande vitesse des charges fournies et/ou20 reçues à la borne d'alimentation de puissance et, si l'opération de rechargement n'est cependant pas effec- tuée rapidement à partir d'une source d'alimentation, la borne d'alimentation de puissance qui perd les charges baisse en niveau de tension Pendant ce temps,25 si la borne d'alimentation de puissance qui reçoit les charges n'est pas rapidement redéchargée jusqu'à la source d'alimentation, son niveau de tension devient élevé Ainsi, les bruits d'alimentation sont sensible- ment modifiés suivant la capacité, l'inductance ou la résistance d'un circuit périphérique de branchement, etc et conduisent à un défaut de fonctionnement du circuit intégré tel que par exemple un dispositif de mémoire, ou à une interruption du fonctionnement à grande vitesse. La figure 1 est un schéma représentant une disposition d'une ligne d'alimentation classique Cet- te disposition est conçue de façon qu'une ligne d'ali- mentation soit fournie à chaque partie de circuit par des lignes de ramification Dans ce cas, les bruits d'alimentation générés dans une partie de circuit spé- cifique sont tout d'abord filtrés par un condensateur noyé dans les lignes de ramification correspondantes. On peut ainsi réduire le degré d'extension des bruits d'alimentation aux lignes principales, ainsi que l'ef- fet produit sur les autres lignes de ramification Ce- pendant, lorsqu'on fait fonctionner le circuit intégré à grande vitesse, dans le cas o chaque dispositif de circuit monté à l'intérieur d'une puce génère simulta- nément les bruits d'alimentation multiples, on génère des bruits importants dans la ligne d'alimentation principale De plus, les bruits générés dans la ligne principale peuvent devenir une source de bruit four- nissant du bruit à chaque ligne de ramification Pour filtrer les bruits d'alimentation ci-dessus, on a pro- posé un procédé de formation d'un condensateur sur la surface supérieure d'un substrat de semi-conducteur. Cependant, ce procédé présente l'inconvénient que la place permettant de disposer le condensateur est in- suffisante du fait du circuit interne formé sur la surface du substrat De plus, pendant la conception du circuit intégré, on peut produire un mauvais fonction- nement dû à un défaut de signal imprévu. La présente invention a donc pour but de créer un dispositif de circuit intégré destiné à évi- ter le phénomène de propagation en sens inverse des bruits d'alimentation vers chaque ligne de ramifica- tion, en recevant effectivement les bruits d'alimenta- tion envoyés à une ligne principale par chacune des lignes de ramification. Un autre but de la présente invention est de créer un dispositif de circuit intégré permettant de réduire les bruits d'alimentation indépendamment de l'endroit o il se trouve et des interférences. A cet effet, la présente invention concerne un dispositif de circuit intégré à suppression des bruits d'alimentation, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend un film diélectrique formé sur le côté arrière d'un substrat de semi-conducteur sur lequel est formé un circuit intégré, de manière à constituer ainsi un condensateur en association avec ce substrat, avec le film diélectrique, et avec une armature de branchement de boîtier. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion l'armature de branchement de boîtier présente une polarité opposée à la polarité d'une tension appliquée au substrat. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, le dispositif de circuit intégré comprend un film mince donné sur le côté arrière d'un substrat de semi-conducteur sur lequel est formé un circuit inté- gré, de manière à former ainsi un composant électrique donné. Selon un aspect de la présente invention, un film mince a permittivité élevée est déposé du côté arrière d'un substrat de semi-conducteur sur lequel est formé un circuit intégré, de manière à former ain- si un condensateur de grande capacité entre une arma- ture de branchement de boîtier et le substrat Ensui- te, une alimentation de polarité opposée à celle d'une alimentation appliquée au substrat, est branchée à l'armature de branchement de manière à former un con- densateur de découplage entre les bornes d'alimenta- tion d'une puce. Une forme préférée de réalisation de la pré- sente invention sera maintenant décrite en détails en se référant aux dessins ci-joints dans lesquels: la figure 1 est un schéma représentant la disposition d'une ligne d'alimentation selon l'art an- térieur; la figure 2 est un schéma d'ensemble re- présentant la disposition d'une ligne d'alimentation selon la présente invention; et la figure 3 représente un circuit électri- que équivalent au schéma à la figure 2. En se référant à la figure 2, un film mince 12 à permittivité élevée est déposé du côté arrière d'un substrat de semi-conducteur 10 sur lequel est formé un circuit intégré, de manière à former ainsi un condensateur de grande capacité entre une armature de branchement de boîtier 14 et le substrat 10 Ensuite, une alimentation de polarité opposée à celle d'une borne d'alimentation appliquée au substrat 10, est branchée à l'armature de branchement 14 de manière à former un condensateur de découplage entre les bornes d'alimentation d'une puce du côté arrière d'un substrat de semi-conducteur. De façon plus détaillée, une couche de verre au boro-phospho silicate (VBPS) destinée à plaquer une couche métallique, est formée sur la surface supérieu- re du substrat de semi-conducteur sur laquelle est formé un dispositif de semi-conducteur, et l'arrière du substrat est mis à la masse du boîtier Ensuite, une couche de nitrure de 4 10-9 m à 2 10-7 m ( 40 à 2000 ) est déposée du côté arrière du substrat par un procédé de Dépôt de Vapeur Chimique Basse Pression (DVCBP) Ensuite, une couche d'Oxyde Nitrure Oxyde (O- NO) est formée sur celle-ci en utilisant une tempéra- ture de reflux pendant le reflux de la couche de VBPS. Dans ce cas, la permittivité de la couche de nitrure et de la couche d'oxyde peuvent de préférence être respectivement de 7,5 et 3,9 Ensuite, des processus de métallisation et de passivation, sont effectués sur la surface supérieure du substrat, puis le substrat est coupé pour former un élément prédéterminé Après cette opération, la puce est montée sur l'armature de branchement. La figure 3 représente un circuit électrique équivalent au schéma à la figure 2 Un condensateur arrière 16 est formé entre une borne d'alimentation 32 branchée au substrat par le film diélectrique, et une borne de masse 34 branchée à l'armature de branche- ment Une résistance spécifique 18 de quelques dizai- nes de m Q existe de façon naturelle entre la borne d'alimentation 32 et le côté inférieur du substrat, tandis qu'un condensateur 20 comprenant une capacité de jonction, une capacité de ligne et une capacité de porte, est formé entre la borne d'alimentation et la borne de masse sur la surface d'un circuit intégré 15 formé sur le substrat Une résistance 22 est branchée entre le condensateur 20 et une borne d'alimentation 31 ou une borne de masse 33, tandis qu'une première inductance 24 et une seconde inductance 26 sont utili- sées pour brancher respectivement, par un fil de liai- son, la borne d'alimentation et la borne de masse à l'armature de branchement de boîtier Comme la premiè- re inductance 24 supprime l'augmentation de la charge, cette première inductance a pour rôle d'empêcher la fourniture de la charge instantanément nécessaire par la borne d'alimentation. Par suite, le circuit intégré 15 est amené à utiliser la charge stockée dans la ligne d'alimenta- tion interne Cependant, si la capacité de stockage de la ligne d'alimentation interne n'est pas suffisante, la tension de la borne d'alimentation interne 31 de- 1 O vient brusquement basse et le fonctionnement de la puce devient instable Pendant ce temps, comme le con- densateur arrière 16 peut fournir directement à la li- gne d'alimentation interne la charge stockée dans ce- lui-ci, les bruits d'alimentation momentanés du cir- cuit intégré peuvent être supprimés et l'on peut main- tenir un niveau de tension d'alimentation stable A ce moment, la charge q stockée dans le condensateur ar- rière 16 est la suivante ú.S q = c v = x v d Comme indiqué dans l'expression ci-dessus, si l'on augmente la surface S du condensateur arrière, en diminuant son épaisseur d et en augmentant la per- mittivité e, la puce peut stocker une plus grande quantité de charges et présenter également une plus grande stabilité de fonctionnement. Dans la forme préférée de réalisation, on ne décrira seulement qu'un substrat de type n Cependant, on peut également utiliser un substrat de type p pour la même application Dans ce cas, le substrat de type p doit être branché à la borne de masse par l'intermé- diaire de la résistance, et la borne d'alimentation doit être branchée à l'armature de branchement placée du côté opposé de la couche d'isolation arrière On peut ainsi obtenir une grande capacité en formant la couche d'isolation arrière entre la borne de masse et la borne d'alimentation De plus, au lieu du condensa- teur, on peut également former un autre composant électrique du côté arrière du substrat en formant un film mince prédéterminé Ainsi, en formant un matériau à résistance élevée du côté arrière du substrat, ou un film mince d'un second type de conductivité du côté arrière du substrat présentant un premier type de con- ductivité, on peut respectivement former une résistan- ce ou une diode. Comme décrit ci-dessus, dans un dispositif de circuit intégré destiné à supprimer les bruits d'a- limentation, on peut former une capacité élevée entre l'armature de branchement de boîtier et le substrat en formant un film diélectrique du côté arrière du sub- strat sur lequel est formé un circuit intégré Par suite, les bruits d'alimentation sont réduits et, com- me le réglage de capacité d'un condensateur arrière n'est pas limité, il est facile de concevoir une ali- mentation interne dans une puce en tenant compte de l'environnement extérieur De plus, pour supprimer les bruits d'alimentation, comme il n'est pas nécessaire de monter un condensateur supplémentaire sur la surfa- ce supérieure du substrat, on peut réduire la surface de conception du circuit intégré. Bien que la présente invention ait été re- présentée et décrite en se référant plus particulière- ment à la forme préférée de réalisation de celle-ci, il apparaîtra à l'évidence aux spécialistes de la question que d'autres modifications de forme et de dé- tails peuvent être apportées sans sortir du cadre de la présente invention. R E V E N D I C A T I O N S 1) Dispositif de circuit intégré à suppres- sion des bruits d'alimentation, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend un film diélectrique ( 12) formé sur le côté arrière d'un substrat ( 10) de semi- conducteur sur lequel est formé un circuit intégré, de manière à constituer ainsi un condensateur en associa- tion avec ce substrat, avec le film diélectrique, et avec une armature de branchement de boîtier ( 14). 20) Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que l'armature de branchement de boî- tier ( 14) présente une polarité opposée à la polarité d'une tension appliquée au substrat. ) Dispositif de circuit intégré à suppres- sion des bruits d'alimentation, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend un film mince ( 10) donné sur le côté arrière d'un substrat de semi-conducteur sur le- quel est formé un circuit intégré, de manière à former ainsi un composant électrique donné.