Brevet FR2022439A1 — publié le 19700731

L'invention relève du domaine de la technologie des semiconducteurs et concerne plus particulièrement un dispositif semiconducteur comportant un corps semiconducteur comprenant une région à conduction d'un premier type affleurant une surface 5 pratiquement plane (région qui sera appelée "substrat" par la suite) dans laquelle s'étendent à partir de ladite surface des zones d'électrodes à conduction du type opposé, situées à une certaine distance les unes des autres, ces zones constituant des électrodes d'alimentation et d'évacuation d'au—moins trois transistors 10 à effet de champ, à électrode de porte isolée, alignés en une rangée, l'électrode d'évacuation d'un transistor de la rangée constituant l'électrode d'alimentation du transistor suivant, la surface précitée étant recouverte d'une couche isolante sur laquelle stétand une configuration de traces conductrices contenant les 15 électrodes de porte des transistors alors que sous les électrodes de porte se trouvent des régnns formant des canaux affleurant la surface précitée, chaque canal s'étendant entre deux zones d'électrodes d'un transistor de la rangée. XI existe différents circuits dans lesquels des tran-20 sistors à effet de champ sont montés en anneau. Ces circuits sont notamment utilisés comme modulateur en anneau, comme rupteur-découpeur et comme compteur en anneau. L'invention vise à fournir un circuit de ce genre, intégré, dans lequel les transistors à effet de champ sont réali-25 sés sous la forme d'un ensemble compact, le circuit n'en étant pas moins de bonne qualité. Elle repose notamment sur l'idée que l'on peut atteindre ce résultat en groupant las transistors à effet de champ autour d'un interrupteur de canal et en entourant ces transistors d'un deuxième interrupteur de canal. 30 Selon l'invention, un tel dispositif semiconducteur est remarquable en ce que les zones d'électrodes sont situées" autour d'un premier interrupteur de canal occupant une position centrale, l'électrode d'évacuation du dernier transistor de la rangée constituant'à la fois l'électrode d'alimentation du pre-35 mier transistor de la rangée, tandis que les zones d'électrode sont entourées, aux niveaux de la surface, par un deuxième interrupteur de canal, les régions de canaux s'étendant du premier au deuxième interrupteur de canal et les électrodes de porte s'étendant chacune jusqu'au-dessus de ces deux interrupteurs de 40 canaux. 6936776 -2- 2022439 On obtient ainsi une structure compacte qui n'est possible que grâce à la présence des deux interrupteurs de canaux. Ces interrupteurs de canaux permettent d'éviter qu'en dehors des courants commandés par les électrodes de porte, des courants de 5 fuite puissent circuler entre les zones d'électrode. Malgré le faible écart qui les sépare, les zones d'électrodes sont isolées entre elles de façon simple, de sorte que la surface disponible peut être mise à profit de manière efficace. De préférence, les régions de canaux et les électrodes 10 de porte sont réalisées sous forme de méandres, de sorte que l'on peut obtenir des régions de canaux de grande largeur sans que les transistors occupent une superficie beaucoup plus grande. Les interrupteurs de canaux peuvent être réalisés de diverses façons. Comme on le sait, certaines propriétés de la cou— 15 cheisolante jouent un rôle important pour la formation des canaux ou l'inversion à la surface du semiconducteur, notamment le nombre d'états superficiels et la concentration en charges dans la couche isolante. On sait que 1'on peut créer des interrupteurs de canaux en influençant localement les propriétés de la couche isolante. 20 On peut notamment utiliser une couche isolante en dioxyde ée silicium, élaborée localement par oxydation thermique et pour le reste par dépôt à partir de la phase gazeuse, cette dernière opération pouvant se faiie à une température beaucoup plus basse. La partie restante peut remplir la fonction d'interrupteur de 25 canal. D'autre part, une couche de bioxyde de silicium peut, par exemple, être recouverte localement de nitrure de silicium et la différence désirée entre les propriétés peut être obtenue à 1'aidé d'un traitement postérieur effectué à une température relativement basse. La partie de la couche isolante recouverte de nitrure 30 de silicium peut alors servir d'interrupteur de canal. Toutefois, les interrupteurs de canaux sont, de préférence, constitués par des zones superficielles à conduction du même type que le substrat, ces zones s'étendant dans le substrat à partir de la surface et présentant une plus forte concentration 35 en impuretés que celui-ci. De tels interrupteurs de canaux peuvent être obtenus très aisément par diffusion, la qualité du dispositif n'étant pas tributaire des propriétés critiques, précitées, de la couche isolante; Ceci est avantageux lors de la fabrication, une plus grande 40 liberté dans le choix de l'ordre de succession des différentes 6936776 -3- 2022439 opérations de fabrication étant possible. Un montage en anneau de transistors à effet de champ, à électrode de porte isolée, peut notamment être utilisé comme rupteur-découpeur, comme il est décrit dans la demande de breyet 5 français No. 176219 déposée le 2 Décembre 1968 au nom de la Demanderesse. Le circuit décrit dans cette demande de brevet comporte quatre transistors à effet de champ. Une forme de réalisation importante du dispositif semi conducteur conforme à l'invention est caractérisée en ce que la 10 rangée comporte quatre transistors et le deuxième interrupteur de canal dessine un rectangle tandis que le premier interrupteur de canal se trouve au centre de ce rectangle; chacune des électrodes de porte s'étend à partir d'un sommet du rectangle jusqu'au-dessus du premier interrupteur de canal, les zones d'électrodes et 15 les électrodes de porte présentant des surfaces de contact, celles des électrodes de porte se trouvant dans les coins du rectangle, tandis que celles deg zones d'électrodes se trouvent à l'intérieur du rectangle et à proximité directe du milieu des côtés de celui-ci. 20 Avec cette structure compacte, la surface disponible est mise à profit de façon particulièrement efficace. A ce sujet, il faut remarquer qu'un cristal semiconducteur contenant un circuit intégré est généralement rectangulaire et souvent même, carré Il est évident qu'avec la structure envisagée, la plus grande 25 partie possible d'un tel cristal rectangulaire ou carré peut être occupée par le circuit intégré. Généralement, seule une petite partie des surfaces de contact des électrodes de porte s'étend; au-dessus du deuxième interrupteur de canal, du fait que la capacité, par unité de surface 30entre les électrodes de porte et le substrat, est plus élevée pour \y les parties des électrodes de porte qui se trouvent au-dessus de l'interrupteur de canal plus fortement dopé que pour les autres parties. Par ailleurs, il peut s'avérer avantageux, en rapport avec cette même capacité, d'utiliser une couche isolante plus 35épaisse sous les surfaces de contact que sous le reste de l'électrode de porte. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. ^0 La fig. 1 est une vue en plan schématique d'un disposi tif semiconducteur conforme à l'invention. 6936776 -4. 2022439 La fig. 2 est une coupe schématique suivant le plan II-II de la fig. 1. La fig. 3 est une coupe schématique suivant le plan III-III de la fig. 1. 5 Le dispositif semiconducteur représenté sur les fig. 1, 2 et 3 comporte un corps semiconducteur (1)présentant une région (3) à conduction d'un premier type, affleurant une surface pratiquement plane (2) et formant un substrat. Dans le substrat (3) s'étendent, à partir de la surface (2), des zones constituant 10 des électrodes (4) à (7), situées à une certaine distance ïes unes des autres et formant les électrodes d'alimentation et d'évacuaticn de transistors à effet de champ à électrode de porte isolée, alignés en une rangée, l'électrode d'évacuation d'un transistor de la rangée constituant l'électrode d'alimentation du transistor sui— 15 vant de cette rangée. La surface (2) est recouverte d'une couche isolante (8) (considérée comme transparente sur la fig. 1 de manière à faire ressortir les zones sous-jacentes) sur laquelle se trouve une configuration de traces conductrices comportant les électrodes de porte isolées (9) à (12). Sous ces électrodes de 20 porte s'étendent des régions constituant des canaux (13) à (16), affleurant la surface (2). Selon l'invention, les zones d'électrodes (4) à (7) sont situées autour d'un interrupteur de canal (17) placé au centre, l'électrode d'évacuation du dernier transistor de la rangée 25 étant à la fois l'électrode d'alimentation du premier transistor de cette rangée, de sorte que les transistors sont montés en anneau tandis que les zones d'électrodes (4) à (7) sont entourées au niveau de la surface (2) par un deuxième interrupteur de canal (18). 30 Le circuit intégré représenté sur les fig. 1 à 3 con tient donc un anneau de quatre transistors à effet de champ. Outre quatre électrodes de porte (9} à (12), le dispositif semiconducteur comporte quatre zones d'électrodes (4) à (7)» alors que chacune des zones d'électrodes est commune à deux transistors de 35 l'anneau. Grâce aux interrupteurs de canaux (17) et (18), les transistors peuvent être élaborés à une faible distance les uns des autres, l'apparition de courants de fuite non contrôlés entre les zones d'électrodes, à travers les interrupteurs de canaux, 40 étant pratiquement impossible. De ce fait, on obtient une structure 6936776 -5- 2022439 compacte du circuit intégré sans réduira la qualité des transistors par suite du faible écart qui les sépare. Les électrodes de porte (9) à (12) et les régions de canaux (13) à (16) décrivent des méandres, de sorte que la lar-5 geur des régions de canaux est grande par rapport à la superficie des zones d'électrode. Les régions de canaux en forme de méandres se trouvent entre les zones d'électrodes (4) à (7)» ces dernières formant une configuration interdigitale. Les interrupteurs de canaux (17) et 0&) sont des 10 zones superficielles qui s'étendent à partir de la surface (2) dans le substrat (3). Ces zones superficielles (17) ®t (18) sont du même type de conduction que le substrat (3) mais présentent une plus forte concentration en inpuretés, ce qui empêche l'inversion à la 15 surface de ces zones* Il faut remarquer que le circuit décrit est en pratique généralement élaboré en grande quantité, d'un seul coup, dans une même plaque de semiconducteur, après quoi cette plaque est divisée en unités plus petites. Après cette division, un 20 cristal semiconducteur comportant un circuit intégré est généralement rectangulaire et de préférence même carré. Dans l'exemple de réalisation envisagé le corps semiconducteur (3) »st rectangulaire. Au sujet de cette forme, il est important que l'interrupteur de canal (l3) soit également rectangulaire. De plus, l'interrupteur 25 de canal (17) se trouve au centre de l'interrupteur de canal rectangulaire (18). Les électrodes de porte (9) & (12) comportent des surfaces de contact (19) à (22). Les zones d'électrodes (h) à (7) sont en contact, à travers des fenêtres pratiquées dans la couche 30 isolante (8), avec des couches de contact (23) à (26), des surfaces de contact étant formées par élargissement local des couches de contact. Les électrodes de porte (9) à (12) s'étendent à partir des coins du rectangle, formé par l'interrupteur de canal 35 (18), jusqu'au-dessus de l'interrupteur de canal central (17)» les surfaces de contact (19) à (22) étant situées dans les coins du rectangle et se trouvant partiellement au—dessus de 1'interrupteur de canal (18). L'élargissement local des couches de contact (23) à (26) des zones d'électrodes (k) à (7) se situe à ko l'intérieur du rectangle et à proximité directe des milieux des 6936776 -6- 2022439 côtés de ce dernier. Une telle structure, permet d'utiliser la plus grande partie possible de la surface du substrat (3). De plus, en raison de la capacité entre électrodes de porte et substrat, il est desi— 5 rable qu'une petite partie seulement des électrodes de porte s'étendent au—dessus de l'interrupteur de canal, la partie située au-dessus de l'interrupteur de canal plus fortement dopé contribuant fortement à cette capacité. Pour la même raison, il peut être désirable de donner une plus grande épaisseur à la couche 10 isolante (8) sous les surfaces de contact (19) à (22) que sous les électrodes de porte (9)&(12). Le dispositif semiconducteur envisagé peut être élaboré d'une fapon usuelle dans la technique des semiconducteurs. On peut utiliser au départ une plaquette de silicium de type n à 15 résistivité de h -A. cm. On recouvre celle—ci de façon usuelle d'une couche de bioxyde de silicium dans laquelle on peut pratiquer à l'aide de techniques de photodécapage usuelles, des fenêtres pour la diffusion des zones d'électrodes (4) à (7). Ces zones d'électrodes sont par exemple dopées à l'aide de bore; elles ont par exem-20 pie une résistance par carré d'environ 125 -fw/*» et s'étendent par exemple jusqu'à une profondeur d'environ 2,5 yU dans le substrat (3). Pendant ou après l'opération de diffusion, les fenêtres de diffusion sont bouchées par oxydation thermique. Ensuite, on peut pratiquer, de façon usuelle, dans la couche isolante des fenêtres 25 pour la diffusion des interrupteurs de canaux (17) et (18). Comme dopage pour ces zones superficielles on peut utiliser, par exemple le phosphore, la résistance par carré de la couche diffusée étant par exemple de 20 . Après cette opération de diffusion la couche isolante peut être enlevée, des parties de cette couche 30 pouvant être éventuellement conservées aux endroits où l'ôn veut obtenir finalement une couche isolante plus épaisse. On peut ensuite recouvrir toute la surface d'une nouvelle couche isolante, par exemple, également par oxydation thermique. Dans cette nouvelle couche isolante qui peut avoir une épaisseur d'environ 0,2 yu, 35 on pratique alors des fenêtres de contact pour les zones d'électrodes tandis qu'après, par évaporation, on forme une couche conductrice, en aluminium, par exemple. A partir de cette couche conductrice, on peut obtenir de façon usuelle par décapage, une configuration de traces conductrices, comportant les électrodes de 40 porte (9) à (12), les surfaces de contact (19) à (22) ainsi que 6936776 -7- 2022439 les couches de contact (23) à (26) des zones d'électrodes. Enfin le cristal semiconducteur (3) peut être monté ds façon usuelle dans çn« enveloppe, les surfaces de contact pouvant être reliées par des conducteurs aux broches de cette enve-5 lopp*. Il est évident que l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation envisagé et que le spécialiste pourra imaginer de nombreuses "variantes sans sortir du cadre de la présente invention. C'est ainsi que l'on peut utiliser par exemple 10 au lieu d'un substrat de type n, un substrat de type p, auquel cas le typ» de conduction des zones doit évidemment être modifié. Par ailleurs un circuit en anneau selon l'invention peut également faire partie d'un circuit intégré renfermant d'autres composants. Les électrodes de porte et les zones d'électrodes peuvent alors 15 être reliées, par des traces conductrices appliquées sur la couche isolante, au reste du circuit, les électrodes de porte et les zones d'électrodes ne devant pas nécessairement être pouvues de surfaces de contact, tandis que le substrat (3) peut être un îlot isolé. D'autre part, le substrat (3) peut être formé par une 20 couche épitaxiale ou par une partie de couche épitaxiale, la couche épitaxiale pouvant être élaborée sur un support à conduction du même type ou à conduction de type opposé. On peut également utiliser d'autres matériaux semiconducteurs comme le germanium ou des composés La couche isolante peut par exem-25 pie également être en nitrure de silicium ou en tout autre matériau isolant approprié. Les traces conductrices au lieu d'être en aluminium, peuvent être constituées par un autre conducteur par exemple du molybdène, qui peut être recouvert par exemple par une couche d'or. 6936776 -8- 2022439 REVENDICATIONS* 1. Dispositif semiconducteur comportant un corps semiconducteur comprenant une région à conduction d'un premier type affleurant une surface pratiquement plane(région qui sera appelée 5 "substrat" par la suite) dans laquelle s'étendent à partir de ladite surface des zones d'électrodes à conduction du type opposé, situées à une certaine distance les unes des autres, ces zones Constituant des électrodes d'alimentation et d'évacuation d'au— moins trois transistors à effet de champ, à électrode de porte 10 isolée, alignés en une rangée, l'électrode d'évacuation d'un transistor de la rangée constituant l'électrode d'alimentation du transistor suivant, la surface précitée étant recouverte d'une couche isolante sur laquelle s'étend une configuration de traces conductrices contenant les électrodes de porte des transistors 15 alors que sous les électrodes de porte se trouvent des régions formant des canaux affleurant la surface précitée, chaque canal s'étendant entre deux zones d'électrodes d'un transistor de la rangée, ce dispositif étant caractérisé en ce que les zones d'électrodes sont situées autour d'un premier interrupteur de canal 20 occupant une position central*, l'électrode d'évacuation du dernier transistor de la rangée constituant à la fois l'électrode d'alimentation du premier transistor de la rangée, tandis que les zones d'électrode sont entourées au niveau de la surface, par un deuxième interrupteur de canal, les régions de canaux s'éten-25 dant du premier au deuxième interrupteur de canal et les électrodes de porte s'étendant chacune jusqu'au-dessus de ces deux interrupteurs de canaux. 2. Dispositif semiconducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les régions de canaux et les 30 électrodes de porte décrivent des méandres. 3. Dispositif semiconducteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en cç que les interrupteurs de canaux sont des zones superficielles à conduction du premier type qui s'étendent dans le substrat à partir de la surface, et qui pré- 35 sentent une plus forte concentration en impuretés que celui—ci. j rune 4. Dispositif semiconducteur seloi^/des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la rangée comporte quatre transistors, le deuxième interrupteur de canal formant tin rectangle tandis que le premier interrupteur de canal se trouve 40 au centre de ce rectangle et que chacune des électrodes de porte 6936776 -9- 2022439 s'étend à partir des sommets du rectangle jusqu'au-dessus du premier interrupteur de canal, alors que les zones d'électrodes et les électrodes de porte présentent des surfaces de contact, celles des électrodes de porte étant situées dans les coins du rectangle •5 et s'étendant partiellement au—dessus du deuxième interrupteur de canal, tandis que celles des zones d'électrode se situent à l'intérieur du rectangle et à proximité des milieux des côtés de celui-ci.