Brevet FR2723663A1 — publié le 19960216

La présente invention concerne les dispositifs fusibles à semiconduc- teur. On connaît des dispositifs allumeurs dans lesquels un dispositif fusible à semiconducteur est utilisé pour la mise à feu d'un explosif. De façon générale, ces dispositifs fusibles à semiconducteur comportent une partie fusible en silicium dopé qui est placée sur un substrat entre deux parties de contact en silicium dopé. Des contacts par fils sont alors reliés aux deux parties de contact pour assurer la connexion avec un circuit de commande, qui fournit le courant nécessaire pour faire fondre le fusible à un moment approprié. De tels dispositifs sont notamment utilisés pour procéder à la mise à feu d'un explosif utilisé dans des automobiles pour gonfler des sacs dits à gonflement instantané, appelés aussi "air-bag", ou pour provoquer l'enroulement de ceintures de sécurité, afin de protéger les passagers. L'utilisation de contacts par fils est la cause de pertes de temps et de dépenses excessives, tandis que la fiabilité n'est pas assurée. Ceci est notamment le cas lorsqu'on comprime l'explosif autour du dispositif fusible, cette compression pouvant endommager la liaison par fil. L'invention propose donc un dispositif fusible à semiconducteur comprenant un substrat fait d'un semiconducteur conducteur qui possède une surface supérieure et une surface inférieure, une couche de matériau diélectrique placée sur une partie de la surface supérieure, une première couche conductrice formée entièrement sur une partie de la couche de matériau diélectrique et formant un premier contact du dispositif, une deuxième couche conductrice formée sur une deuxième partie de la couche de matériau diélectrique, qui est écartée de la première partie et se prolonge jusqu'à venir en contact avec la surface supérieure du substrat, une partie fusible formée entièrement sur ladite couche de matériau diélectrique et s'étendant entre les première et deuxième couches conductrices de façon à être en contact électrique avec elles, ladite surface inférieure du substrat formant un deuxième contact du dispositif. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 1 est un dispositif connu dans la technique antérieure; et - la figure 2 montre un dispositif selon l'invention. Ainsi, comme représenté sur la figure 1, un dispositif allumeur à semi- conducteur de type connu 1 possède deux contacts 2 et 3 faits en un matériau électriquement conducteur, par exemple en silicium polycristallin dopé à l'aide d'aluminium, sur lesquels sont prévus des plots pour fils 4 et 5 qui connectent res- pectivement des fils 6 et 7 aux contacts 3 et 4. Evidemment, les plots 4 et 5 sont eux aussi faits en un matériau électriquement conducteur, par exemple en soudure. Les contacts 2 et 3 sont placés sur une couche isolante 8 de dioxyde de silicium, laquelle est formée sur un substrat de silicium 9. Les contacts sont placés de façon à être écartés du bord de la couche isolante 8 et l'un de l'autre. De plus, sur la couche isolante 8, se trouve un fusible allumeur 10 qui s'étend entre les deux contacts 2 et 3 et est formé en silicium polycristallin dopé à l'aide de phosphore de façon à présenter une résistivité de 10-3 ohm.cm. Comme cela est bien connu, lorsqu'on applique une tension appropriée entre les deux fils 6 et 7, la différence de potentiel présente aux bornes du fusible amène le passage d'un courant dans le fusible, lequel se vaporise et allume une matière pyrotechnique qui a été comprimée autour de celui-ci (non représentée). La matière pyrotechnique allume alors une matière appropriée génératrice de gaz qui gonfle un sac gonflable ou provoque l'enroulement d'un ceinture de sécurité dans une automobile. Comme ci-dessus mentionné, cette structure peut ne pas être fiable, puisque la compression de la matière pyrotechnique autour des plots pour fils peut les endommager, les plots pour fils étant eux-mêmes relativement complexes à produire et pouvant être fabriqués de manière imprécise. Selon un mode de réalisation de l'invention, comme représenté sur la figure 2, un dispositif fusible à semiconducteur comporte un substrat de silicium 11, que l'on a dopé à l'aide d'arsenic à 2 x 1019 atomes par centimètre cube afin de le rendre électriquement conducteur. Une couche isolante 12 de dioxyde de silicium est ensuite formée sur la plus grande partie, mais non la totalité, de la surface supérieure du substrat 11. Une région supérieure 13 du substrat 11, qui n'a pas été revêtue par la couche isolante 12, est en outre alors dopée à l'aide de phosphore jusqu'à un niveau de 2 x 1020 atomes par centimètre cube de façon que la conductivité de la surface supérieure du substrat 11 qui est adjacente à la couche isolante 12 augmente. On fait ensuite déposer une paire de contacts 14 et 15 sur le dispositif de façon que l'un des contacts, 14, recouvre la région 13 du substrat 11 et s'étende au-delà du bord de la couche isolante 12 de façon à recouvrir partiellement la couche isolante 12. On dépose le deuxième contact 15 de façon qu'il se trouve entièrement sur la couche isolante 12 et soit écarté à la fois du bord de la couche isolante et du premier contact 14. Entre les contacts 14 et 15, on dispose un fusible 16 formé en silicium polycristallin dopé à l'aide de phosphore, de la même façon que le fusible connu qui a été décrit ci-dessus. On réalise un plot pour fil 17 de façon à relier un fil 18 au deuxième contact 15. On dote la surface inférieure du substrat 11 d'une couche métallique 19 faite d'or ou de titane-nickel-or, ou encore de n'importe quel autre matériau électriquement conducteur approprié. La base du dispositif formée par cette couche métallique 19 constitue sensiblement un contact du dispositif, ce qui permet d'éviter la nécessité d'avoir deux plots pour fils. Dans ce mode de réalisation, on applique la tension entre le fil 18 et la couche métallique 19, ce qui produit, puisque le substrat 11 est conducteur, une différence de potentiel entre les contacts 14 et 15 et amène donc la vaporisation du fusible 16. La région 13 a été dotée d'une conductivité accrue de façon à minimi- ser la résistivité existant aux bornes de la jonction entre le contact 14 et la région 13 du substrat 11. Puisqu'il n'existe qu'un seul plot pour fil, les problèmes associés aux plots pour fils, tels que ci-dessus discutés, sont réduits de moitié. Le dispositif lui- même peut être facilement fabriqué à l'aide des opérations connues de fabrication des semiconducteurs, et on peut naturellement l'utiliser dans n'importe quelle application demandant un fusible, et non seulement les applications pour lesquelles le fusible utilisé est un allumeur. Par exemple, on peut utiliser le dispositif dans des applications o des fusibles dits "intelligents" sont nécessaires. Naturellement, on aura compris que, si on utilise le dispositif comme allumeur, alors le fusible doit être tel qu'il se vaporise d'une manière appropriée à la mise à feu de la matière pyrotechnique (non représentée) qui est comprimée autour du fusible, tandis que, si le fusible n'est pas utilisé comme allumeur, il suffit alors simplement qu'il soit fait d'une matière qui interrompra la conduction du courant, pas nécessairement de la manière qui convient pour la mise à feu d'une matière pyrotechnique. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du dispositif dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 -Dispositif fusible à semiconducteur, caractérisé en ce qu'il comprend un substrat fait d'un semiconducteur conducteur (11) qui possède une surface supérieure et une surface inférieure, une couche de matériau diélectrique (12) disposée sur une partie de la surface supérieure, une première couche conduc- trice (15) entièrement formée sur une première partie de la couche de matériau diélectrique et formant un premier contact du dispositif, une deuxième couche conductrice (14) formée sur une deuxième partie de la couche de matériau diélec- trique, qui est écartée de la première partie et se prolonge jusqu'à venir en contact avec la surface supérieure du substrat, une partie fusible (16) formée entièrement sur ladite couche de matériau diélectrique et s'étendant entre les première et deuxième couches conductrices de façon à être en contact électrique avec elles, ladite surface inférieure du substrat constituant un deuxième contact du dispositif. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une région hautement conductrice qui est disposée dans le substrat au voisinage de ladite deuxième couche conductrice, ladite couche hautement conductrice ayant une conductivité plus élevée que le reste du substrat. 3 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une troisième couche conductrice disposée sur la surface inférieure du substrat. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, carac- térisé en ce que ledit substrat est fait de silicium dopé par de l'arsenic. - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le niveau de dopage par l'arsenic est de 2 x 1019 atomes par centimètre cube. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, carac- térisé en ce que ledit substrat est fait de silicium dopé par du phosphore. 7 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite région hautement conductrice est faite de silicium dopé par du phosphore. 8 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le niveau de dopage par le phosphore est de 2 x 1020 atomes par centimètre cube. 9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, carac- térisé en ce que ledit fusible est fait de silicium polycristallin dopé par du phosphore.