Brevet FR2689317A1 — publié le 19931001

A CIRCUIT INTÉGRÉ CONSTITUANT UN RESEAU DE DIODES DE PROTECTION La présente invention concerne les circuits de protec- tion et plus particulièrement les réseaux de diodes utilisés pour la protection de systèmes informatiques. Dans les systèmes informatiques, on trouve souvent des connecteurs auxquels sont reliés un grand nombre de lignes dont le potentiel est susceptible de varier entre des premier et deu- xième états correspondant à des première et deuxième tensions. On considérera ci-après plus particulièrement le cas o la première tension est la masse et o la deuxième tension est une tension positive, par exemple + 5 volts Mais il sera clair que plus généralement les tensions de ces lignes peuvent varier entre une tension haute et une tension basse ou tension de référence. Un schéma de protection classique pour une ligne de ce type est illustré en figure 1 La ligne L est reliée à la ten- sion de référence (la masse) par l'intermédiaire d'une diode (dl) polarisée en inverse et est également reliée à la masse par l'intermédiaire d'une diode polarisée en direct (d'1) en série avec une diode à avalanche (Z) polarisée en inverse dont la ten- sion de seuil est voisine (légèrement supérieure) de la tension haute sur la ligne Ainsi, une surtension négative sur la ligne L s'écoule vers la masse par la diode dl et une surtension posi- tive, de valeur supérieure à la tension nominale de la ligne, s'écoule par la diode d'l à travers la diode à avalanche Z. En fait, dans les montages informatiques, on trouve un très grand nombre de lignes sur un connecteur et on est amené à leur associer de nombreux montages de protection du type de celui de la figure 1 présentant tous une même diode à avalanche en commun Un tel montage est illustré en figure 2 o l'on trouve, en association avec chaque ligne Ll à L 8, une diode dl à10 d 8 connectée en inverse vers la masse et une diode d'l à d'8 connectée en direct par une diode à avalanche Z vers la masse. En pratique, on s'est aperçu qu'il était préférable de choisir pour les diodes dl à d 8 et d'l à d'8 des diodes de type Schottky pour réduire autant que possible les capacités entre15 ligne et masse et donc minimiser les phénomènes de diaphonie qui pourraient exister entre deux ou plusieurs lignes De plus, de telles petites diodes Schottky présentent une relativement faible chute de tension en direct, peu supérieure à celle d'une diode à jonction classique.20 Actuellement, ce type de montage est réalisé en uti- lisant des éléments discrets Ceci entraîne un encombrement important et une main d'oeuvre coûteuse pour réaliser les diverses soudures nécessaires à la réalisation du montage Ce sont là des inconvénients classiques de montages discrets par rapport à un montage intégré Il faut souligner un inconvénient supplémentaire à savoir que les petites diodes Schottky sont des composants fragiles, très sensibles à des surtensions en inverse qui sont susceptibles de les détruire Le montage doit donc être accompagné de précautions importantes et reste toujours dange- reux pour les composants élémentaires. Ainsi, la présente invention a pour objet de réaliser un réseau de diodes du type de celui de la figure 2 sous forme intégrée. Pour atteindre cet objet, la présente invention pré- voit un circuit intégré constituant un réseau de diodes compor- tant des premières diodes Schottky dont chacune est connectée par sa cathode à un point à protéger et par son anode à une 5 tension de référence et des deuxièmes diodes Schottky dont cha- cune est connectée par son anode à un point à protéger et par sa cathode à la cathode d'une diode à avalanche dont l'anode est à la tension de référence Ce circuit intégré comprend un substrat de type P faiblement dopé dont la face inférieure est fortement10 dopée; un premier et un deuxième groupes de caissons de type N faiblement dopés formés dans la face supérieure du substrat; un contact ohmique et un contact Schottky sur chaque caisson; une région de type N fortement dopée sur la surface supérieure du substrat; une première métallisation reliant les contacts ohmi- ques du premier groupe de caissons à la région de type N forte- ment dopée; une deuxième métallisation reliant les contacts Schottky du deuxième groupe de caissons; des troisièmes métal- lisations reliant respectivement un contact Schottky du deuxième groupe de caissons à un contact ohmique du premier groupe de20 caissons; et une quatrième métallisation de face arrière. Selon un mode de réalisation de la présente invention, en utilisation, la face arrière et la deuxième métallisation sont reliées à un potentiel de référence, et chacune des troi- sièmes métallisations est reliée à une ligne à protéger.25 Selon un mode de réalisation de la présente invention, les premiers caissons forment un seul et même caisson. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la liaison entre la deuxième métallisation et le potentiel de référence est réalisée par un contact entre cette deuxième métallisation et une région surdopée de la face supérieure du substrat. L'utilisation d'un circuit intégré selon la présente invention présente par rapport à l'utilisation d'un montage dis- cret selon l'art antérieur les avantages habituels de réduction de coût, de faible encombrement, et de simplicité de montage En outre, les diodes Schottky étant préassemblées avec une diode à avalanche, elles ne risquent plus d'être détruites par des surtensions lors de leur manipulation et de leur connexion aux 5 lignes à protéger. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles:10 les figures 1 et 2, décrites précédemment, sont des schémas de circuits de protection selon l'art antérieur; et les figures 3 A et 3 B sont respectivement une vue en coupe et une vue de dessus schématique d'un circuit intégré selon la présente invention, la figure 3 A étant une coupe selon15 la ligne A-A de la figure 3 B. Dans ces diverses figures, comme cela est usuel dans le domaine de la représentation des circuits intégrés, les divers éléments ne sont pas représentés à l'échelle ni à l'inté- rieur d'une figure ni d'une figure à l'autre D'autre part, les formes des diverses régions et caissons sont représentées de façon schématique avec des coins carrés Il sera clair pour l'homme de l'art qu'en pratique ces coins sont arrondis par suite des diverses étapes de diffusion. La figure 3 A représente un circuit intégré formé à partir d'un substrat 1 de type P dont la face inférieure est munie d'une couche surdopée 2 (en pratique, la couche 2 peut être formée par surdopage à partir d'un substrat P ou inverse- ment la région 1 de type P peut être formée par épitaxie sur un substrat de type P+ qui sera alors plus épais que cette couche).30 La vue en coupe de la figure 3 A illustre de gauche à droite une diode à avalanche Z, une diode d'l et une diode dl conformes au schéma de la figure 1. La diode à avalanche Z est de type vertical et est formée entre une région 3 de type N fortement dopée et le substrat 1. Les diodes d'l et dl sont formées dans des caissons de type N faiblement dopés 10 et 20 sur la surface supérieure desquels sont déposés des métallisations 11 et 21 formant avec ces caissons des barrières de Schottky Des régions surdopées 12 5 et 22 permettent de prendre des contacts ohmiques avec les caissons 10 et 20. Une première métallisation A établit une liaison entre les régions 3 et 12 et correspond à la liaison entre la cathode de la diode d'l et la cathode de la diode à avalanche Z.10 Une deuxième métallisation Bl établit un contact entre la région 22 et la métallisation 11 et correspond à la liaison entre l'anode de la diode d'l et la cathode de la diode dl. C'est cette métallisation qui doit être reliée à la ligne Ll à protéger. Enfin, une troisième métallisation C est solidaire de la métallisation 21 formant barrière de Schottky avec le caisson Cette métallisation CI permet de prendre un contact destiné à relier les anodes des diodes de Schottky dl-d 8 à la masse. La face arrière du substrat est également métallisée (métallisation M) Cette dernière métallisation, reliée à la masse, est normalement montée sur l'embase métallique d'un boîtier La métallisation C, qui doit également être reliée à la masse peut être reliée par fil à cette embase et/ou peut, comme cela est représenté, se prolonger vers une région superficielle25 surdopée 30 du substrat 1 et le contact vers la masse se réalise par l'intermédiaire des couches de même type de dopage 30, 1 et 2 vers la métallisation M. Divers perfectionnements apparaissent en figure 3 A. Notamment, des régions de type P plus fortement dopées sont disposées entre chacune des régions de type N formées à partir de la surface supérieure, à savoir une première région d'arrêt de canal 31 entre la région 3 et le caisson 10 et une deuxième région d' arrêt de canal 32 entre les caissons 10 et 20 En ou- tre, de préférence, un anneau de garde de type P 13, 23 entoure les zones o les métallisations à barrière de Schottky 11 et 21 sont en contact avec les caissons De façon classique, les diverses métallisations reposent sur des zones d'oxyde ayant préalablement servi de masque aux emplacements o elles ne sont pas en contact avec des zones spécifiques de la façon indiquée 5 précédemment. La figure 3 B représente un exemple de vue de dessus d'un circuit selon la présente invention De mêmes régions qu'en figure 3 A sont désignées par les mêmes références numériques. Par souci de simplification, les zones d'anneau de garde et10 d'arrêt de canal n'ont pas été représentées On retrouve dans cette figure 3 B la métallisation A reliant chacune des cathodes des diodes d' (régions 12) à la cathode de la diode zener (région 3) Des métallisations Bl à B 8, destinées à être connectées à des lignes Ll à L 8, relient les régions 22 aux métallisations 11 On notera également qu'un caisson 10 unique peut être uti- lisé pour toutes les diodes d'1 à d' 8 alors que chacune des diodes dl à d 8 est réalisée dans un caisson séparé. Le circuit de la figure 3 B sera de préférence disposé dans un boîtier muni de bornes dont chacune est reliée, par exemple par un fil d'or, à chacune des métallisations Bl à B 8. De façon classique, avant soudure des fils, le composant aura été recouvert d'une couche de passivation (nitrure de silicium ou polyimide) et des ouvertures seront formées dans cette couche au-dessus des métallisatons Bl à B 8 aux endroits o l'on sou-25 haite établir les contacts On pourra prévoir deux ouvertures par métallisation pour liaison à une borne d'arrivée de ligne et une borne de départ de ligne. Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et perfectionnements qui apparaîtront à l'homme de l'art, qui saura notamment réaliser des barrières de Schottky selon diverses techniques connues. En outre, un ensemble de protection dont toutes les polarités seraient inversées pourrait être réalisé en inversant tous les types de conductivité des couches de la structure35 décrite. REVENDICATIONS 1 Circuit intégré constituant un réseau de diodes comportant des premières diodes Schottky (dl-d 8) dont chacune est connectée par sa cathode à un point à protéger (Ll-L 8) et par son anode à une tension de référence et des deuxièmes diodes 5 Schottky (d'l-d'8) dont chacune est connectée par son anode à un point à protéger et par sa cathode à la cathode d' une diode à avalanche (Z) dont l'anode est à la tension de référence, caractérisé en ce qu'il comprend: un substrat ( 1) de type P faiblement dopé dont la face inférieure est fortement dopée; un premier ( 10) et un deuxième ( 20) groupes de cais- sons de type N faiblement dopés formés dans la face supérieure du substrat; un contact ohmique ( 12, 22) et un contact Schottky ( 11, 21) sur chaque caisson; une région ( 3) de type N fortement dopée sur la sur- face supérieure du substrat; une première métallisation (A) reliant les contacts ohmiques du premier groupe de caissons à la région de type N fortement dopée; une deuxième métallisation (C) reliant les contacts Schottky du deuxième groupe de caissons; des troisièmes métallisations (Bl-B 8) reliant respec- tivement un contact Schottky du deuxième groupe de caissons à un contact ohmique du premier groupe de caissons; et une quatrième métallisation (M) de faoe arrière. 2 Circuit intégré selon la revendication 1, caracté- risé en ce que, en utilisation, la face arrière et la deuxième métallisation sont reliées à un potentiel de référence, et chacune des troisièmes métallisations est reliée à une ligne à protéger. 3 Circuit intégré selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les premiers caissons forment un seul et même caisson. 4 Circuit intégré selon la revendication 1, caracté- risé en ce que chacun des deuxièmes caissons est séparé de ses voisins et des premiers caissons par une région d'arrêt de canal. 5 Circuit intégré selon la revendication 1, caracté- risé en ce que chacun des contacts Schottky est cerné par un anneau de garde. 6 Circuit intégré selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la liaison entre la deuxième métallisation et le potentiel de référence est réalisée par un contact entre cette deuxième métallisation et une région surdopée de la face supé-15 rieure du substrat.