Brevet FR2060342A1 — publié le 19710618

La présente invention se rapporte à un circuit intégré monolithique constitué par des structures de transistors à effet de champ qui sont formées sur la surface d'un substrat de résistivité élevée en silicium mono-cristallin, et dont les zones ou électrodes sont contactées par des lignes en bande appelées 5 également parfois "strip-line", qui s'étendent sur une couche isolante déposée sur la surface, ' • Le mode de.fonctionnement et les propriétés des transistors à effet de champ de ce type, sont décrits dans :•"Proceedings of the IEEE", septembre 1963 pages 1190 à 1202. Ils sont formés sur la surface d'un substrat de très haute résistivité 10 et d'un certain type de conductivité, par diffusion des régions de source et de drain du type de condùctivité opposé- au voisinage immédiat les uns des autres. Entre les régions de drain et de source., l'électrode de commande est déposée sur une couché de bioxyde de silicium, formée thermiquement, très mince,, habituellement de l'ordre de 0,1 micron et/ou sur me couche isolante mince, déposée d'une 15 autre manière. Il est essentiel pour les transistors à effet de champ de ce type, que cette éleetrode et la couche isolante sous-jacente s'étendent sur les bords opposés de la zone de source et de la zone de drain. La zone de surface*, constituée par un matériau semiconducteur de résistivité élevée, située sous l'électrode de commande et entre la région de source et la région de drain, est habituelle-20 ment désignée comme zone de canal. Si une différence de potentiel est appliquée sur les régions de source et de drain, par 11intermédiaire d'électrodes de contact, aucun courant ne s'écoule dans la zone de canal à résistivité élevée. C'èst seulement par application d'une tension à l'électrode de eomnande que la zone de canal des transistors à 25 effet de champ de ce type est rendue conductrice. Le courant entre la source et le drain tend à s'écouler dans la zone de canal au-dessus d'une certaine tension de seuil, appelée tension de seuil de l'électrode de commande. Pour de nombreuses applications, il est souhaitable que là tension de seuil de l'électrode de comman-aussi de soit/faible que possible. Ceci peut être obtenu, par exemple, en utilisant 50 du silicium orienté (100) comme matériau de substrat, parce que le matériau de cetté orientation de cristal engendre une tension de seuil d'électrode de commande plus faible que, par exemple, le matériau d'orientation (111). Ces tensions de seuil inférieures présentent l'effet indésirable de réduire l'isolefflent électrique entre les composants individuels sur la plaquette du 35 circuit intégré, étant donné que des canaux de surface, conducteurs, peuvent, se développer; en certains endroits entre les composants quand des tensions de fonctionnement sont appliquées aux lignes en bande de contact qui recouvrent la couche isolante passivant ces canaux de surface. Ces canaux de surface conducteurs indésirables, présentent une tension de seuil appelée tension de HO . seuil de champ. Avec, par exemple, du silicium, orienté (100);. cette tension de 70 31804 2060342 I 2 seuil de champ est également inférieure à celle avec du silicium, présentant d'autres orientations. Ainsi, l'avantage de " la faible tension de seuil d'électrode de commande est accompagné de l'inconvénient d'une réduction de la tension de seuil de champ. 5 • Afin d'éviter ces canaux de surface conducteurs indésirables en des endroits non souhaitables d'un circuit intégré monolithique constitué par des structures de transistors à effet de champ, la couche isolante de passivation, entre les dispositifs, peut être rendue considérablement plus épaisse que la couche isolante montée sous l'électrode de commande par un autre dépôt de matériau isolant, par 10 exemple du nitrure de silicium, sur le canal conducteur, entre les dispositifs. Il est également connu d'épaissir encore une couche mince de bioxyde de silicium par un dépôt de bioxyde de titane. Il est également possible d ' engendrer des zones fortement dopées du type de condùctivité opposé, à la place des canaux de surface conducteurs non souhai-15 tables, comme cela est décrit dans le brevet Anglais n° 1 007 936 pour des transistors bipolaires, mais dans un but différent. Toutefois, cette mesure nécessite une diffusion supplémentaire et, en conséquence, un traitement à haute température au cours du traitement de fabrication, ainsi qu'une zone supplémentaire . 20 Pour l'élimination des canaux de surface conducteurs court circuitant une jonction PN dans le transistor à effet de champ, le brevet des Etats-Unis d'Amérique n® J 363 152 prévoit La présente invention a pour objet d'accroître la tension de seuil de 35 champ et d'éliminer les canaux conducteurs non souhaitables au-dessous des lignes en bande. Selon line caractéristique de l'invention, une couche métallique est incorporée dans la couche isolante montée entré les structures individuelles des transistors à effet de champ, etcettecouche métallique est connectée au substrat ou au 40 potentiel de masse. * 70 31804 2060342 3 Selon l'invention, il est possible d'incorporer la couche métallique dans la couche isolante, au-dessous des lignes en bande., en contact avec les électrodes de commande, les régions de drain, ou bien les régions de source des structures individuelles des transistors à effet de champ. Toutefois, il est également possi-5 ble de réaliser les lignes en bande des électrodes de commande et des régions de drain, ou bien celles des électrodes de commande et des régions de source, ou bien celles des régions de source et des régions de drain, avec une couche métallique incorporée dans, la couche isolante. Les portions de la couche isolante, qui sont situées entre le substrat et 10 la couche métallique et entre, la couche métallique et la ligne en bande, sont de préférence en même matériau, par exemple en bioxyde de silicium. Toutefois, il . peut également être avantageux de fabriquer ces deux portions de la couche isolante à partir de matériaux différents. Par exemple, la portion située entre le substrat et la couche métallique peut être constituée par du bioxyde de 15 silicium, et la portion située entre là couche métallique et la ligne en bande, en nitrurë de silicium, ou bien en oxyde d'aluminium,' ou bien en tout matériau isolant autre que le bioxyde de silicium, D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée ci-dessous. Bien entendu la description et le dessin ne sont donné-; 20 qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. La figure 1 représente, en perspective, un exemple de réalisation de l'invention. La figure 2 est une vue en coupe, selon X - X', de la figure 1. L'invention est maintenant décrite, en détail, en référence à la figure 1 qui, en perspective, montre la portion entaillée d'un circuit intégré mono]i-B-n 25 constitué par des structures de transistors à effet de champ. Cette portion entaillée comprend deux structures de transistors à effet de champ, bord à bord, dont deux électrodes de commande sont connectées 3.'une à l'autre, au moyen d'une couche métallique. Cet exemple a été choisi seulement pour des raisons de simplicité. Il est évident que l'application de la couché métallique- incorporée, selon 30 l'invention, dans la couche isolante n'est pas réduite aux endroits situés entre deux structures adjacentes des transistors à effet de champ, mais peut être prévue pour tous les endroits du circuit intégré pour lesquels, par suite du potentiel auquel est porté une ligne en bande, un canal de surface induit par cette ligne en bande peut être escompté au cours du fonctionnement. 35 Le substrat commun, des deux transistors à effet de champ représentés sur le dessin, comporte du silisium conducteur, de type ,7, mono-cristallin orienté (100). A partir-de l'une de leurs surfaces, les deux structures de transistors à effet de champ 2 et 3 sont produites par des techniques de diffusion connues. Les régions de source 2a et 3a, ainsi qye les régions de drain 2q et Je sont de 40 type de condùctivité P et, entre leurs bords opposés5 les sones des canaux 2b et 70 31804 2060342 3b sont formées. Etant donné que les zones de canal des transistors à effet de champ sont formées seulement au cours du fonctionnement, c'est-à-dire quand les potentiels de commande de fonctionnement sont appliqués, les zones de canal 2b et 3b sont, sur la figure 1, représentées seulement par des traits pleins. 5 - Sur la zone de canal et une partie de la zone de source et de la zone de drain, il y a une couche isolante mince 4 qui, ôcuis l'exemple considéré, est uns couche, en bioxyde de silicium d'environ 0,1 micron d'épaisseur, et qui est formée thermiquement au cours du procédé de fabrication des zones de source et de drain. Les électrodes de commande 2d et Jd3 qui sont connectées électriquement l'une à 10 l'autre par-là ligne en bande 5> s'étendent sur cette couche isolante. La- ligne en bande 5, séparée du substrat par une couche isolante, s'étend sur la surface du substrat entre les deux structures des transistors à effet de champ 2 et 3. Au cours du fonctionnement du circuit Intégre monolithique, un canal de surface conducteur peut être formé dans le substrat, entre la région de drain 2c et la 15 région de source 3a, par suite du fait que le contact des électrodes de commande 2d, 3d et, en conséquence, la ligne en bande 5^ sont portés à un potentiel, ce canal de surface pouvant connecter, de manière conductrice, la région de drain 2c avec la région de souree 3a de l'autre structure de transistors à effet de champ, et provoquer ainsi, un défaut dans le dispositif. 20 Afin d'éviter ce,canal de surface conducteur, et augmenter ainsi la tension de seuil de champ, dans cette zone, il est prévu, selon l'invention, une couche métallique 6 incorporée dans la couche isolante. La partie Ja de la couche isolante 7, située entre la couche métallique 6 et la surface du substrat, est constituée par la couche mince initiale 4, en bioxyde de silicium, qui est 25 épaissie au cours de l'opération suivante de fabrication. La partie Jb de la couche Isolante 7* située entre la couche métallique 6 et la ligne en bande 5, peut également être constituée par du bioxyde de silicium; toutefois, un matériau 'isolant différent, tel que le nitrure de silicium ou bien l'oxyde d'aluminium peut également être utilisé. La figure 2 montre la couche métallique 6, reliée 30 électriquement au substrat 1 ou au potentiel de masse. Les lignes en bande, pour les régions de source et de drain,ne sont pas représentées dans un but de simplification. Il est évident que la couche métallique 6 peut être également montée au-dessous de ces lignes en bande. Si la couche métallique 6, incorporée dans la couche isolante 7, est prévue 35 en plusieurs endroits du circuit intégré, il est particulièrement approprié de terminer toutes ces couches métalliques dans une couche métallique "globale" et de connecter celle-ci au substrat ou au potentiel de masse en un endroit approprié. Le montage décrit d'une couche métallique de blindage, peut également être 40 utilisé sur un autre matériau que celui orienté (100), par exemple sur du 70 31804 2060342 5 ' matériau orienté (110) ou (lll) si, par suite de tension de fonctionnement particulièrement élevée ou de tension de seuil de champ élevée résultant du processus de fabrication, il peut en résulter des inconvénients ou bien des effets de transistor non souhaitables (formation de canaux). 5 Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec un exemple particulier de réalisation, on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention.. 70 31804 2060342 6 BBVENDICATIOHS 1°) Circuit intégré monolithique comprenant des structures de transistors à effet de champ, formées à l'intérieur de la surface d'un substrat en silicium, mono-cristallin, les structures ayant des régions et des électrodes, une couche 5- isolante déposée sur-la surface, et des lignes en bande s'étendant sur la couche isolante et mettant en contact les électrodes, circuit intégré caractérisé en ce qu'il comporte une couche métallique montée entre les structures individuelles des transistors à effet de champ et incorporée dans la couche isolante, la couche métallique étant couplée électriquement au substrat afin d'augmenter la tension 10 de seuil de champ. 2°) Circuit intégré selon la revendication 1, caractérisé en ce que : - chaque structure présente une électrode de commande, l'une des lignes en bande contactant les électrodes de commande de'déûx structures adjacentes des transistors à effet de champ ; 15 - la couche métallique est disposée sous la ligne en bande, 3°) Circuit intégré selon la revendication 1. caractérisé en ce que la couche isolante est en bioxyde de silicium, 4°) Circui'c intégré selon la revendication 2, caractérisé en ce que : - une portion de la couche isolante, située entre le substrat et la couche 20 métallique, est en bioxyde de silicium ; - me autre portion de la couche isolante, située entre la couche métallique et ladite ligne en bande, comprend du nitrure de silicium ou de l'oxyde d'aluminium, 5°) Circuit intégré selon la revendication 1 caractérisé en ce que le substrat comprend du silicium orienté (100), ayant une orientation de cristal 25 (100).