FR2849538A1 - Composant discret comprenant des diodes hf en serie et a cathode commune - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un composant électrique comprenant un ensemble de deux diodes PIN en série réalisé dans une couche de substrat semiconducteur séparée d'une couche de support par une couche isolante, les zones dopées formant les électrodes de chaque diode ayant une profondeur égale à celle de la couche de substrat, le composant comprenant une première zone d'un premier type de dopage entourée d'une deuxième zone intrinsèque, elle-même entourée d'une troisième zone d'un second type de dopage, la troisième zone étant entourée d'une quatrième zone du premier type de dopage, la quatrième zone étant entourée d'une cinquième zone intrinsèque, elle-même entourée d'une sixième zone du second type de dopage, les troisième et quatrième zones étant recouvertes et reliées par une zone métallique, chacune des première et sixième zones étant reliée à un plot de contact sur lequel repose une bille de soudure.
Description
COMPOSANT DISCRET COMPRENANT DES DIODES HF EN S RIE ET CATHODE COMMUNE
La présente invention concerne des diodes de redressement susceptibles de fonctionner en haute fréquence. Plus particulièrement, la présente invention concerne des diodes réalisées dans une puce de circuit intégré à montage "flip-chip" de 5 l'anglais "puce retournée". Les puces "flipchip" sont telles que les plots de contact reliés aux anodes et cathodes des diodes sont formés du même côté de la puce et sont recouverts de billes de soudure servant à fixer par soudure le composant sur un circuit imprimé.
De telles diodes sont notamment utilisées dans des circuits d'émission et de réception d'ondes radio.
La figure 1 représente à titre d'exemple un schéma d'une partie d'un circuit d'émission et de réception utilisable dans des téléphones portables et comprenant des diodes PIN haute 15 fréquence.
Le circuit comprend une antenne 1, deux branches d'émission brl et br2 et deux branches de réception br3 et br4.
La branche d'émission brl contient une diode Dl et un condensateur Cl en série. La cathode de la diode Dl est reliée à 20 l'antenne 1 et une électrode du condensateur Cl est reliée à une borne de signal TXGSM. La branche d'émission br2 contient un condensateur C2 en série avec une diode D2. La cathode de la diode D2 est reliée à l'antenne 1 et une électrode du condensateur C2 est reliée à une borne CXPCF/PCF. La branche d'émission br3 contient un condensateur C3 et deux diodes D31 et D32 5 en série. Une électrode de condensateur C3 est reliée à une borne RXGSM. L'autre électrode du condensateur C3 est reliée à l'anode de la diode D31 dont la cathode est reliée à l'anode de la diode D32. La cathode de la diode D32 est reliée à l'antenne 1. La branche de réception br4 contient un condensateur C4 et 10 deux diodes D41 et D42 en série. Une électrode du condensateur C4 est reliée à une borne RXDCS. L'autre électrode du condensateur C4 est reliée à l'anode de la diode D41 dont la cathode est reliée à l'anode de la diode D42. La cathode de la diode D42 est reliée à l'antenne 1.
Des circuits de polarisation pl, p2, p3 et p4 sont connectés aux branches brl, br2, br3 et br4. Chaque circuit de polarisation pi, i étant compris entre 1 et 4, comprend un condensateur Cpi. Une première électrode de chaque condensateur Cpi est reliée à la masse. La seconde électrode de chaque 20 condensateur Cpi est reliée à une première borne d'une bobine Bi. La seconde borne de chaque bobine Bi est connectée au point intermédiaire entre le condensateur et la ou les diodes de la branche bri. Les secondes électrodes des condensateurs Cpl, Cp2, Cp3 et Cp4 sont connectées respectivement aux bornes de 25 polarisation BIAS--TXGSM, BIAS-TXDCS/PCS, BIAS-RXGSM et BIASRXDCS.
L'antenne 1 est connectée à un circuit de polarisation commun 2. Le circuit de polarisation 2 comprend une bobine Bc dont une première borne est connectée à l'antenne 1. La seconde 30 borne de la bobine Bc est connectée à une première électrode d'un condensateur Cc dont la seconde électrode est reliée à la masse. Deux résistances Rl et R2 en série sont placées entre la première électrode du condensateur Cc et la masse. Le point intermédiaire entre les résistances R1 et R2 est relié à une 35 borne de polarisation BIAS.
Quand le circuit est en réception, par exemple sur la borne RXGSM, les bornes BIAS-TXGSM, BIAS-TXDCS/PCS et BIAS-RXDCS sont à la masse et aucun courant ne circule dans les diodes des branches brl, br2 et br4. La borne BIAS-RXGSM est polarisée 5 positivement et un courant circule à travers la bobine B3, les diodes D31 et D32, la bobine Bc et les résistances Rl et R2. Le condensateur C3 se comportant comme un court-circuit en haute fréquence, le signal reçu sur l'antenne 1 est transmis sur la borne RXGSM.
Quand le circuit est en émission, par exemple sur la borne TXGSM, les bornes BIAS-TXDCS/PCS, BIAS-RXGSM et BIAS-RXDCS sont à la masse. La borne BIAS-TXGSM est polarisée positivement.
Le signal à émettre est transmis de la borne TXGSM à l'antenne 1. Un tel circuit comprend un grand nombre de diodes.
Couramment ces diodes sont réalisées sous forme de composants discrets. Leurs cots et la surface de circuit imprimé occupée par les diodes sont donc importants.
Un objet de la présente invention est de réaliser des 20 circuits haute fréquence comportant plusieurs diodes monolithiques. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel ensemble de diodes qui réduise les interférences haute fréquence. Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit un composant électrique comprenant un ensemble de deux diodes PIN en série réalisé dans une couche de substrat semiconducteur séparée d'une couche de support par une couche isolante, les zones dopées formant les électrodes de chaque diode ayant une 30 profondeur égale à celle de la couche de substrat, le composant comprenant une première zone d'un premier type de dopage entourée d'une deuxième zone intrinsèque, elle-même entourée d'une troisième zone d'un second type de dopage, la troisième zone étant entourée d'une quatrième zone du premier type de 35 dopage, la quatrième zone étant entourée d'une cinquième zone intrinsèque, elle-même entourée d'une sixième zone du second type de dopage, les troisième et quatrième zones étant recouvertes et reliées par une zone métallique, chacune des première et sixième zones étant reliée à un plot de contact sur lequel repose une bille de soudure.
Selon une variante de réalisation d'un tel composant, la première zone a une forme cylindrique et les deuxième, troisième, quatrième et cinquième zones ont une forme annulaire.
La présente invention prévoit en outre un circuit 10 électrique comprenant plusieurs diodes formées dans une couche de substrat séparée d'une couche de support par une couche isolante, les diodes étant réparties sur une ou plusieurs branches, des premières branches comprenant deux diodes en série formées comme le composant susmentionné, des secondes branches 15 comprenant une unique diode composée d'une première zone du premier type de dopage entourée d'une deuxième zone intrinsèque elle-même entourée d'une troisième zone du second type de dopage, les sixièmes zones des diodes des premières branches et les troisièmes zones des diodes des secondes branches formant 20 une unique zone commune.
Selon une variante de réalisation d'un tel circuit, l'unique zone commune est reliée à au moins un plot de contact, chacune des premières zones des diodes des premières et secondes branches étant reliée à un plot de contact.
Selon une variante de réalisation d'un tel circuit, les premières zones ont une forme cylindrique et les deuxième, troisième, quatrième et cinquième zones des diodes des premières branches et la deuxième zone des diodes des secondes branches ont une forme annulaire.
Selon une variante de réalisation d'un tel circuit, l'unique zone commune est recouverte d'une zone métallique s'étendant au-dessus des parties de l'unique zone commune séparant les autres zones dopées ou intrinsèques des différentes diodes. Selon une variante de réalisation du composant décrit précédemment, le premier type de dopage est un dopage P et le second type de dopage est un dopage N, ladite première zone étant une zone d'anode et ladite troisième zone étant une zone de cathode.
Cet 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 à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes 10 parmi lesquelles: la figure 1 est un exemple de circuit d'émission et de réception connu; la figure 2 est une vue en coupe verticale d'un assemblage de diodes selon la présente invention; la figure 3 est une vue de dessus du composant électrique représenté en figure 2; et les figures 4 à 7 illustrent les structures obtenues après des étapes successives d'un procédé selon la présente invention. La présente invention prévoit de réaliser sur une unique puce semiconductrice un assemblage de diodes haute fréquence montées en série et/ou à cathode commune.
La demanderesse a sélectionné parmi les diverses structures existantes de diodes haute fréquence une structure 25 particulière de diode "latérale" réalisée dans un support de type "silicium sur isolant" (de l'anglais SOI, Silicon On Insulator). De telles diodes présentent une capacité parasite très faible.
Les figures 2 et 3 représentent un assemblage de 30 diodes incluant des diodes série et des diodes à cathode commune constituant un exemple d'application de la présente invention.
Cet assemblage particulier constitue un composant électrique qui correspond à la portion du circuit d'émission et de réception représenté en figure 1 comprenant l'ensemble des diodes Dl, D2, 35 D31, D32, D41 et D42.
La figure 2 est une vue en coupe verticale du composant électrique selon l'axe 22' de la figure 3. La figure 3 est une vue de dessus du composant électrique sans ses métallisations.
Le composant électrique est réalisé dans une fine couche de substrat 30 séparée d'une couche de support 31 par une couche isolante 32. La couche de substrat 30, par exemple du silicium, est initialement peu ou pas dopée, c'est-à-dire intrinsèque. La couche isolante 32 peut être de l'oxyde de 10 silicium et la couche de support par exemple du silicium, du verre ou du saphir. Dans ce qui suit, chaque fois que l'on mentionnera une zone dopée du composant formée dans le substrat il s'agira d'une zone dopée s'étendant sur toute l'épaisseur de la couche de substrat 30.
Les diodes en série D31/D32 et D41/D42 sont réalisées de façon similaire, seules les diodes D31 et D32 sont représentées en figure 2. L'anode de la diode D31 est une zone cylindrique 50 dopée P. La zone 50 est entourée de cinq zones annulaires concentriques. La zone 50 est entourée d'une zone 20 intrinsèque 51 elle-même entourée d'une zone 52 dopée N constituant la cathode de la diode D31. La zone 52 est entourée d'une zone 53 dopée P constituant l'anode de la diode D32. La zone 53 est entourée d'une zone intrinsèque 54. De même, l'anode de la diode D41 est une zone cylindrique 55 dopée P. La zone 55 25 est entourée de cinq zones annulaires concentriques. La zone 55 est entourée d'une zone intrinsèque 56 ellemême entourée d'une zone 57 dopée N constituant la cathode de la diode D41. La zone 57 est entourée d'une zone 58 dopée P constituant l'anode de la diode D42. La zone 58 est entourée d'une zone intrinsèque 59.
Les diodes Dl, D2, D32 et D42 ont une cathode commune correspondant à une zone 40 de substrat dopée N. La zone 40 correspond à la zone de substrat non occupée par les autres zones dopées ou intrinsèques de l'ensemble des diodes.
La couche de substrat 30 est recouverte d'une couche 35 isolante 60. Des ouvertures formées dans la couche isolante 60 au-dessus des zones d'anode et de cathode de chacune des diodes contiennent des métallisations qui correspondent à des plots de contact ou des zones de connexion. Les zones de connexion permettent de relier des zones d'anode et de cathode juxtaposées 5 appartenant à deux diodes en série telles que les diodes D31 et D32. Les plots de contact et les zones de connexion sont constitués d'un matériau conducteur, tel que de l'aluminium ou du cuivre.
Des plots de contact métalliques 61, 62, 63 et 64 10 ayant dans cet exemple une forme circulaire en vue de dessus, sont placés au-dessus et au centre des zones d'anode 41, 43, 50 et 55. Des plots de contact métalliques 65 et 66 sont placés audessus d'emplacements choisis de la zone 40 de cathode commune.
Les plots de contact sont représentés en pointillés sur la 15 figure 3. Les plots de contact ont dans cet exemple une forme circulaire en vue de dessus.
Une zone métallique 67 recouvre les zones annulaires 52 et 53 de façon à court-circuiter la diode formée par les deux zones juxtaposées et à mettre en série les diodes D31 et D32. De 20 même, une zone métallique 68, non représentée, recouvre les zones annulaires 57 et 58.
La couche isolante 60 est recouverte d'une couche de passivation 70. Des ouvertures formées dans la couche de passivation 70 au-dessus des plots de contact 61, 65, 63, 64, 66 25 et 62 sont remplies respectivement de couches d'accrochage 72, 73, 74, 75 et 76 sur lesquelles sont placées des billes de soudure 81, 82, 83, 84, 85 et 86. Ces billes de soudure permettent de souder le composant électrique sur un circuit imprimé. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la couche métallique constituant les plots de contact circulaires 65 et 66 placés au-dessus de la zone de cathode 40 s'étend en une zone métallique 69 représentée en pointillés sur la figure 3. La forme de la zone métallique 69 est prévue de 35 façon qu'elle s'étende au-dessus des parties de la zone 40 séparant les autres zones intrinsèques ou dopées des différentes diodes. La zone métallique 64 permet de réaliser un blindage entre les différentes diodes et donc de diminuer les interférences électromagnétiques entre ces diodes.
Les figures 4 à 7 sont des vues en coupe verticale des structures obtenues lors d'étapes successives d'un procédé de fabrication d'un composant tel que celui décrit en relation avec les figures 2 et 3. De mêmes références désignent les éléments du composant électrique décrit précédemment et les éléments des 10 diverses structures décrites ci-après.
Une première étape du procédé de la présente invention consiste à réaliser ou à se munir d'un support de type SOI. Un tel support comprend une couche de substrat semiconducteur 30, tel que du silicium, séparée d'une couche de support 31, par une 15 couche isolante 32, classiquement une couche d'oxyde de silicium. Dans une étape suivante, illustrée en figure 4, on réalise une implantation de la couche de substrat 30 avec par exemple du phosphore afin de former les zones dopées N des 20 cathodes des diodes du composant électrique. Comme cela est représenté en figure 4, les zones que l'on ne souhaite pas doper N sont recouvertes de couches de protection 90, 91 et 92. Les zones dopées N représentées en figure 4 correspondent aux zones et 52 du composant représenté en figure 2.
Dans une étape suivante, illustrée en figure 5, on réalise une implantation de la couche de substrat 30 avec par exemple du bore afin de former les zones dopées P des anodes des diodes du composant électrique. Les zones de la couche de substrat 30 déjà dopées N ou les zones que l'on souhaite laisser 30 à l'état intrinsèque sont recouvertes des couches de protection 94 et 95. Les zones dopées P représentées en figure 5 correspondent aux zones 41, 50 et 53 du composant représenté en figure 2.
Les zones non dopées à l'issue des étapes précédentes du procédé de la présente invention constituent des zones intrinsèques. Dans l'exemple de la figure 5 on peut voir les zones intrinsèques 42, 51 et 54.
A l'étape illustrée en figure 6, on recouvre la couche de substrat 30 d'une couche isolante 60. On réalise par gravure 5 des ouvertures Opl, Op2, Op3 et Op4 au dessus des zones d'anode et de cathode, les zones 41, 40, 50, 52 et 53 dans cet exemple.
On dépose ensuite un matériau conducteur tel que de l'aluminium pardessus la couche isolante 60. Puis on réalise une gravure de l'aluminium de façon à conserver de l'aluminium dans les 10 ouvertures Opl à Op4. On obtient ainsi des plots de contact en aluminium 61, 65 (69) et 63 formés respectivement au-dessus des zones 41, 40 et 50, ainsi que des zones de connexion, la zone 67 dans cet exemple. Les zones de connexion courtcircuitent les zones d'anode et de cathode juxtaposées de deux diodes en série, 15 les zones 52 et 53 dans cet exemple.
A l'étape illustrée en figure 7, on recouvre la couche isolante 60, les plots de contact et les zones de connexion d'une couche de passivation 70.
Des ouvertures sont formées par gravure dans la couche 20 de passivation 70 au dessus des plots de contact métalliques 61, et 63 et remplies respectivement de couches d'accrochage 72, 73, 74, 75 et 76. Des billes de soudure 81, 82, 83, 84, 85 et 86 sont formées respectivement sur les couches d'accrochage 72, 73, 74, 75 et 76.
Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, on pourra réaliser les étapes d'implantation dans un ordre différent.
De plus, on pourra prévoir de placer plusieurs plots 30 de contact sur la zone de cathode commune et de les répartir de façon à obtenir un montage robuste du composant électrique sur un circuit imprimé.
En outre, on pourra réaliser un composant électrique "complémentaire" du composant décrit précédemment. Un tel compo35 sant est composé comme précédemment d'un ensemble de diodes réparties sur plusieurs branches, les branches contenant une ou deux diodes en série. Contrairement au composant décrit, les branches sont reliées l'une à l'autre par l'anode d'une des diodes de chaque branche. Un tel composant "complémentaire" a 5 une structure similaire à celle du composant décrit excepté que les différentes zones dopées ont un dopage de type opposé.
A titre de variante, on pourra réaliser des zones d'anode, ou de cathode dans le cas du composant complémentaire, présentant en vue de dessus une forme carrée, rectangulaire ou 10 autre. il
Claims (7)
1. Composant électrique comprenant un ensemble de deux diodes PIN en série réalisé dans une couche de substrat semiconducteur (30) séparée d'une couche de support (31) par une couche isolante (32), les zones dopées formant les électrodes de 5 chaque diode ayant une profondeur égale à celle de la couche de substrat, caractérisé en ce qu'il comprend une première zone (50) d'un premier type de dopage entourée d'une deuxième zone intrinsèque (51), elle-même entourée d'une troisième zone (52) d'un second type de dopage, la troisième zone étant entourée 10 d'une quatrième zone (53) du premier type de dopage, la quatrième zone étant entourée d'une cinquième zone intrinsèque (54), elle- même entourée d'une sixième zone (40) du second type de dopage, les troisième et quatrième zones étant recouvertes et reliées par une zone métallique (67), chacune des première et 15 sixième zones étant reliée à un plot de contact (63; 65) sur lequel repose une bille de soudure (83; 85).
2. Composant selon la revendication 1, dans lequel la première zone a une forme cylindrique et dans lequel les deuxième, troisième, quatrième et cinquième zones ont une forme 20 annulaire.
3. Circuit électrique comprenant plusieurs diodes (dl, d2, d31, d32, d41, d42) formées dans une couche de substrat (30) séparée d'une couche de support (31) par une couche isolante (32), les diodes étant réparties sur une ou plusieurs branches 25 (bl, b2, b3, b4), des premières branches comprenant deux diodes en série formées selon la revendication 1, des secondes branches comprenant une unique diode composée d'une première zone (41, 43) du premier type de dopage entourée d'une deuxième zone intrinsèque (42, 43) elle-même entourée d'une troisième zone 30 (40) du second type de dopage, les sixièmes zones des diodes des premières branches et les troisièmes zones des diodes des secondes branches formant une unique zone commune (40).
4. Circuit selon la revendication 3, dans lequel l'unique zone commune (40) est reliée à au moins un plot de contact (65, 66), chacune des premières zones des diodes des premières et secondes branches étant reliée à un plot de contact (61, 62, 63, 64).
5. Circuit selon la revendication 4, dans lequel les 5 premières zones ont une forme cylindrique et dans lequel les deuxième, troisième, quatrième et cinquième zones des diodes des premières branches et la deuxième zone des diodes des secondes branches ont une forme annulaire.
6. Circuit selon la revendication 3, dans lequel 10 l'unique zone commune est recouverte d'une zone métallique (68) s'étendant au-dessus des parties de l'unique zone commune séparant les autres zones dopées ou intrinsèques des différentes diodes.
7. Composant selon la revendication 1, dans lequel le 15 premier type de dopage est un dopage P et le second type de dopage est un dopage N, ladite première zone (50) étant une zone d'anode et ladite troisième zone (52) étant une zone de cathode.
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