FR2572585A1 - Dispositif electronique integre a trois bornes, et procede pour sa fabrication - Google Patents
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Abstract
LE COURANT DE SORTIE DU DISPOSITIF INTEGRE A TROIS BORNES S'ANNULE LORSQUE LA TENSION APPLIQUEE DE L'EXTERIEUR A DEUX DE CES BORNES EXCEDE UNE VALEUR DONNEE. LE DISPOSITIF PEUT ETRE UTILISE EN PARTICULIER COMME CIRCUIT INITIATEUR POUR DES REGULATEURS DE TENSION ET OCCUPE UNE SURFACE REDUITE. LE DISPOSITIF COMPREND ESSENTIELLEMENT UN TRANSISTOR BIPOLAIRE 1 ET UN TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP 2 INTEGRES DE FACON QUE LA BASE B DU TRANSISTOR BIPOLAIRE SOIT COMMUNE AVEC LA SOURCE S DU TEC ET QUE LE COLLECTEUR C DU TRANSISTOR BIPOLAIRE SOIT COMMUN AVEC LA GRILLE G DU TEC.
Description
Dispositif électronique intégré à trois bornes, et procédé
pour sa fabrication.
L'invention concerne un dispositif électrique intégré à trois bornes présentant un courant de sortie qui s'annule pratiquement lorsque la tension appliquée excède une
valeur donnée.
Les dipositifs de ce genre sont capables en pratique de fournir un courant de sortie tant que la tension qui est appliquée reste inférieure à une valeur donnée, tandis que le courant de sortie s'annule au-dessus d'une valeur donnée de tension. Une application typique de ce type de dispositif concerne le circuit d'initiation de régulateurs de tension. En effet, on sait que pour améliorer le degré de stabilisation d'un régulateur de tension quand la
tension d'alimentation varie, il est nécessaire de l'ali-
menter à courant constant. Il est également connu d'ali-
menter le régulateur en un courant proportionnel à sa
tension de stabilisation. Cette technique implique l'uti-
lisation d'un circuit initiateur qui rend instable le point de fonctionnement à tension et courant nuls (voir Grey, Mayer "Analysis and Design of Analogic Integrated
Circuits", John Wiley & Sons, 1977, A 4.2, p. 241-45).
Ce circuit initiateur ne devrait pas affecter le comporte-
ment de la référence lorsque le point de fonctiornnement
stable et non banal est atteint.
On connaît des circuits initiateurs de ce type dans différentes configurations. Un exemple est représenté dans la référence citée cidessus et comprend des diodes qui maintiennent une tension propre à rendre conducteurs les transistors du régulateur de tension. Cependant,
cette technique implique un gaspillage de surface occupée.
D'autres solutions connues présentent également l'inconvé-
nient de nécessiter des surfaces très grandes ou d'affecter le comportement de la référence même après qu'elle a été déclenchée et que le point de fonctionnement stable et
non banal a été atteint.
Compte tenu de la situation exposée ci-dessus, le but de l'invention est de fournir un dispositif électronique
intégré à trois bornes dont les courants de sortie s'annu-
lent pratiquement pour une tension appliquée excédant une
valeur donnée, qui occupent une surface réduite et présen-
tent par conséquent un coût final du dispositif plus bas
que les dispositifs connus.
Un but particulier de l'invention, dans le cadre du but général ci-dessus, est de fournir un dispositif électronique intégré de haute fiabilité et d'un comportement électrique amélioré. L'invention concerne également un procédé de fabrication
d'un tel dispositif.
Ces buts, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints selon l'invention par un dispositif électronique intégré à trois bornes présentant un courant de sortie qui s'annule pratiquement lorsque la tension appliquée excède une valeur donnée, caractérisé en ce qu'il comprend un transistor bipolaire comportant des régions d'émetteur, de collecteur et de base, et un transistor à effet de champ muni de zones de grille, de source et de drain, la région de base formant en même temps la zone de source du transistor à effet de champ et la région de collecteur formant en même temps la zone de grille du transistor à effet de champ. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
ressortiront de la description d'un mode de réalisation
préf éré mais non exclusif, et des dessins annexés à titre illustratif et non limitatif, dans lesquels - la figure 1 représente un schéma équivalent du dispositif selon 1 'invention; - la figure 2 est une coupe longitudinale d'une puce de silicium dans laquelle a été intégré le dispositif de la figure 1; - la figure 3 est une vue de dessus du dispositif de la figure 2; - la figure 4 est un schéma illustrant le comportement électrique du dispositif de l'invention; - la figure 5 représente le schéma électrique d'ensemble d'un régulateur de tension comportant un circuit initiateur de type connu; et - la figure 6 représente un schéma semblable à celui de la figure 5, mais comprenant le dispositif selon l'invention, fonctionnant comme circuit initiateur pour lie régulateur
de tension.
La figure 1 représente le symbole électrique équivalent
du dispositif selon l'invention. En particulier le dispo-
sitif comprend un transistor bipolaire du type pnp compor-
tant des électrodes d'émetteur e, de base b et de collec-
teur cet un transistor à effet de champ 2 comportant une source S, une grilleG et un drain D. Comme on peut le voir, la base du transistor forme également la source du TEC, tandis que la grille G du TEC 2 est en commun avec le collecteur c du transistor bipolaire 1. En pratique, l'ensemble du dispositif possède trois bornes de sortie, à savoir un émetteur équivalent Eeq, une base équivalente
Beq et un collecteur équivalent Ceq.
La figure 2 représente la disposition réelle du dispositif de la figure 1. Comme on peut le voit, le dispositif comprend un substrat 10 du type;de polarité p-, recouvert
par deux couches épitaxiales 11 et 12 de polarité n.
Dans le substrat 10 et les couches épitaxiales 11l et 12
sont formées des régions d'isolement et les régions -
nécessaires pour former le TEC et le transistor bipolaire.
En particulier, une région 13 du type de polarité p+ s'étendant selon une ligne sans fin est prévue à cheval sur la couche épitaxiale 11 et le substrat 10 pour former la partie inférieure de la région d'isolement. Une région 14 également du type de polarité p+ se trouve à cheval entre les deux couches épitaxiales 11 et 12, exactement au-dessus de la région 13, et forme la partie médiane de la région d'isolement. Vers le haut par rapport à la région 14 s'étend la région 18, également du type de polarité p+ et formant la partie supérieure de la région d'isolement extérieure. Une région 15 est prévue à cheval sur les couches épitaxiales 11 et 12, formée au moyen du même masque que la zone 14. Cette région 15 est également du'type de polarité p+, et d'une forme pratiquement annulaire, et définit la zone de grille du transistor à effet de champ 2. Cette région 15 définit en son intérieur un canal 16 formant en fait le canal du TEC. Une région 17 toujours du type de polarité p+ est formée dans la couche épitaxiale 12, vers le haut par rapport à la
région 15, formant la couche de collecteur pour le tran-
sistor bipolaire 1. Cette zone est formée en même temps que la région 18. La zone 12' de la couche épitaxiale 12 entourée par la région 17 forme la base du transistor 1, tandis que la région supérieure 19 du type de polarité p forme l'émetteur du même transistor. De plus, dans la branche latérale du TEC définie par les couches épitaxiales 11, 12 et s'étendant vers la droite du dessin, est formée une région 20 du type de polarité n+ pour éviter l'effet Schottky. Le dispositif est complété par les contacts d'émetteur équivalent 21, 22 du collecteur équivalent, 23
de la base équivalente, et des couches d'oxyde non repré-
sentées. En pratique, le dispositif selon l'invention comporte un
transistor bipolaire latéral formé des régions de collec-
teur 17, de base 12' et d'émetteur 19 et d'un transistor à effet de champ défini par le canal 16 et la zone de grille 15, le canal 16 étant relié à la borne 23 par l'intermédiaire de la branche latérale à droite sur la figure. Le dispositif selon l'invention présente le comportement électrique illustré à la figure 4. Lorsque la tension émetteur-collecteur du transistor 1 augmente, le potentiel de la source S augmente en même temps, étant égal au potentiel de base qui, à son tour, est"égal au potentiel de la borne Eeq diminué de la chute émetteur-base. Si la grille, et par suite le collecteur équivalent du système, sont maintenus à un potentiel fixe plus bas que celui de la borne Eeq, il en résulte que la tension grille-source VG est inférieure à zéro. En conséquence, comme la valeur absolue de la tension VGS (qui en pratique devient
de plus en plus négative) croît, par suite des caractéris-
tiques électriques du transistor à effet de champ, une réduction se produit dans le courant dans le canal, grâce à quoi les courbes représentées (tracées en fonction de la tension drain-source) s'aplatissent jusqu'à zéro, et au-dessus d'une tension donnée VCEeq, le courant du TEC est pratiquement nul et le transistor 1
est bloqué. En conséquence, le courant Ceq est nul.
Grâce à ce comportement, le dispositif convient particu-
lièrement à l'usage comme circuit initiateur pour un régu-
lateur de tension.
De façon générale, un régulateur de tension de type connu, tel que celui décrit dans le préambule de la
présente description et représenté à la figure 5, comprend
une source de tension 30 et une source de courant 31 pour
alimenter le régulateur qui fournit un courant proportion-
nel à la tension stabilisée du régulateur lui-même. On en déduit que: I1 = G x V1 Le circuit de la figure 5 comprend aussi un circuit initiateur 33 relié à la référence de tension 30. Le dispositif selon l'invention peut donc être utilisé comme circuit initiateur 33 capable de fournir un courant à la référence de tension 30 jusqu'à ce que la chute de tension V21 soit plus petite que la tension de pincement Vp du TEC, à savoir: V21 < Vp Dans des conditions de fonctionnement normales, la tension d'entrée V2 est suffisamment élevée pour rendre la tension V21 supérieure à la tension de pincement Vp du TEC: V21 > Vp Ainsi, le courant fourni par le dispositif initiateur 30 selon l'invention se réduit à une valeur pratiquement nulle et la référence de tension reste alimentée par le
courant constant Il = G x V1.
Le dispositif selon l'invention est fabriqué par le procédé suivant. Sur un substrat 10 de silicium dopé au bore, on procède à une première implantation de bore par exemple sur la ligne sanris fin en boucle selon laquelle s'étendra la région d'isolement 13. Puis on fait croître la première couche épitaxiale 11 à température élevée, la diffusion des atomes de bore intervenant simultanément à travers le substrat 10 et la première couche épitaxiale 11 pour former la région 13. Puis on procède à une seconde implantation de bore selon une seconde ligne sans fin égale à la première ligne sans fin et la recouvrant et selon une troisième ligne sanris fin s'étendant à l'intérieur de la seconde ligne sans fin pour former respectivement la région d'isolement et la zone de grille. Puis on fait croître la seconde couche épitaxiale 12 avec diffusion simultanée des atomes de bore déposés dans la seconde implantation. Au cours de cette étape intervient par conséquent la formation de la région d'isolement 14 et de la zone de grille 15, produisant le canal 16 à partir des couches épitaxiales 11 et 12 à l'intérieur de la région 15. Puis on procède à une diffusion de bore selon une quatrième ligne sanris fin recouvrant les première et seconde lignes pour obtenir la partie supérieure de l'isolation (région 18). On passe enfin aux étapes usuelles
requises pour réaliser les 'régions actives des composants.
Comme on peut le voir d'après la description qui précède,
l'invention résoud pleinement le problème posé. En effet, elle fournit un dispositif à trois bornes dont le courant de sortie s'annule lorsque la tension de pincement est dépassée, et qui nécessite une surface fortement réduite du fait que le dispositif est formé de deux composants étroitement intégrés en disposant le transistor à effet
de champ au-dessous de la zone du transistor bipolaire.
En conséquence, le dispositif permet de réduire les coûts
de production.
L'inventione est susceptible de nombreuses modifications
et variations, sans sortir du cadre du concept inventif.
De plus, tous les détails techniques peuvent être remplacés
-5 par de éléments équivalents.
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Claims (7)
1. Dispositif électronique intégré à trois bornes présen-
tant un courant de sortie qui s'annule pratiquement lorsque la tension appliquée excède une valeur donnée, caractérisé en ce qu'il comprend un transistor bipolaire (1) comportant des régions d'émetteur (11), de collecteur (17) et de base (12'), et un transistor à effet de champ (2) muni de zones de grille (15), de source et de drain, la région de base formant en même temps la zone de source du transistor à effet de champ et la région de collecteur formant en même temps la zone de grille du transistor à
effet de champ.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le transistor bipolaire est du type pnp et que le
transistor à effet de champ est un TEC à canal n.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2,
caractérisé en ce qu'il comprend une multiplicité de régions superposées (10, 11, 12)de deux polarités en substance opposées constituant un transistor latéral bipolaire comportant des régions d'émetteur, de base et de collecteur, et un transistor à effet de champ présentant une zone de grille et une zone de canal (16),la zone de grille du transistor à effet de champ s'étendant au-dessous des régions d'émetteur, de base et de collecteur du transistor bipolaire, et la zone de canal s'étendant audessous des régions d'émetteur et de base du transistor bipolaire et à travers la zone de grille, et se raccordant à une section transversale s'étendant au moins en partie latéralement par rapport à la zone de grille et les régions d'émetteur, de base et de collecteur, jusqu'à une
face externe du dispositif.
4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que la zone de grille a une forme approximativement annulaire et que la zone de canal s'étend à travers la cavité de cette forme pratiquement annulaire et transversalement par rapport à ladite face externe.
5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que la zone de canal et la section transversale comprennent au moins deux couches épitaxiales
superposées (11, 12) possédant la même résistivité.
6. Utilisation du dispositif selon l'une des revendications
précédentes comme circuit initiateur pour un régulateur de tension ayant un point de fonctionnement stable à
tension et courant nuls.
7. Procédé de fabrication d'un dispositif selon l'une des
revendications 1 à 5, caractérisé en ce que:
on procède à une première implantation d'atomes d'un premier élément chimique sur un substrat d'un premier type de polarité, ledit élément chimique étant propre à former une région essentiellement dudit premier type de polarité, cette implantation se faisant selon une première ligne périphérique sans fin pour la formation d'une région d'isolement; on fait croître une première couche épitaxiale d'un second type de polarité à température élevée avec diffusion résultante des atomes dudit élément chimique à travers la première couche épitaxiale; on procède à une seconde implantation d'atomes dudit élément chimique sur la première couche épitaxiale, cette seconde implantation se faisant selon une seconde ligne périphérique sans fin recouvrant la première ligne sans fin pour former une nouvelle portion de ladite région d'isolement et selon une troisième ligne sans fin à l'intérieur de la seconde ligne sans fin pour former une zonede grille d'un dispositif à effet de champ; on fait croître une seconde couche épitaxiale du second type de polarité ayant la même résistivité que la première couche épitaxiale à température élevée sur la première couche épitaxiale avec diffusion résultante des atomes de la seconde implantation à travers les couches épitaxiales; on réalise des diffusions d'isolement; on effectue une diffusion plane de zones supplémentaires
pour former la région d'émetteur du transistor bipolaire.
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| FR2572585B1 (fr) | 1990-10-26 |
| GB2166292B (en) | 1988-06-08 |
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