Brevet FR2092803A1 — publié le 19720128

L'invention a pour objet des n@uveaux dispositifs transistors é effet de ch@@p. Elle concerne les deux types connus de transistors à effet de champ à savoir : le type à jonction ou le type MOS (métal - oxydesemiconducteur). Ces dispositifs comprennent une plaquette semiconductrice d'un certain type de conductivité. Sur une des laces de la plaquette sont réalisés des contacts ohmiques de source et de drain. Entre ces deux contacts est réalisée une grille qui est isolée du substrat par une couche isolante et es généralement métallique dans le cas du dispositif du type MOS, ou qui est constituée d'une jonctlon P-@ ou métal-semiconducteur durs le cas du dispositif à jonction. La région située sous la rille et comprise entre drain et source est la région de canal. La deuxième face de la plaquette qui peut être utilisée comme seconde grille est d'un type de conductivité différente à celui du canal ou peut être semi-isolante. Dans le fonctionnement de ces dispositifs, la tension appliquée entre la grille et la source a pour effet de modifier la conductivi- té t; canal dans le cas des dispositifs de type TicS, ou de faire varier la section conductrice du canal dans le cas des dispositifs à jonction Les caractéristiques de ces dispositifs rappellent cclles à un tube à vide à @rois électrodes. De tels transistors son utilisés en hyperfréquence. Mais dans ce cas ils sont difficilen a réaliser, leurs dimensions doivent en effet être très faibles, leur puissance est par conséquent limitée. La présente invention a plus précisément pour objet un transistor à effet de champ permettant d'obtenir des puissances relativement élevées et pouvant fonctionner a très haute fréquence. Le transistor a effet de champ suivant l'invention est du type comportant une plaquette semiconductrice au moins deux contacts de source, de drain, entre lesquels au moins une grille est déposée. Il se caractérise ess@ntiellement, en ce que la grille est déposée sur l@ surface ('e la plaquette, la source et le drain ayant une partie enterrée dans 1-, corps même de la plaquette et comportent une autre partie affleurant sur le substrat pour permettre la soudure des connexions. L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ciaprès en se référant aux dessins annexés, parmi lesquels : - La figure 1 représente schématiquement en coupe transversale un premier mode de réalisation de l'invention. - La figure 2 représente une coupe transversale, un deuxième mode de réalisation de l'invention. - La figure 3 représente en perspective une partie du dispositif de la figure 2 - La figurc 4 représente un vue en plan des sources et drain du dispositif de la figure 2 - La figure 5 et la figure 6 représentent le dispositif de la figure 2 an cours d'une étape de fabrication. - La figure 7 représente en coupe et la figure 8 vu du dessus un deuxième exemple de réalisation de l'invention. - La figure 9 et la figure 10 représentent respectivement en coupe et en perspective un troisième exemple de réalisation dc l'inven tien. Les figures 11 et 12 représentent do la même manière un quatrième exemple de réalisation. - La figure 13 représente en coupe un cinquième exemple de réali- sation. Sur toutes les figures les mimes références désignent les mêmes organes. La fiz,urc 1 représente en coup transversale un premier exemple non limitatif de réalisation de l'invention. Le transistor à effet de champ de la figure 1 comprend un substrat semi-isolant ou faiblement dopé de type de conductivité P, par exemple en Arséniure de Gallium As Ga. Sur c@ substrat ont été fermées deux zones 2 et 3 à dopage N+ a forte conductivité. Une couche 4 d'Arséniure de Gallium à depage N a été déposée, recouvrant l'ensemble. Sur cette couche 4, entre les zones 2 et 3 est déposée une grille métallique, 5 . L'ensemble forme iin transistor à effet de champ à jonction dont la source est la zone 2, le drain la none La présente structure présente l'avantage de pouvoir sur un même substrat réaliser un transistor tel que celui qui est représenté en coupe sur la figure 2, en perspective sur la figure 3 Sur la figure 2, le transistor comporte un ensemble de zones N+2 alternant avec un ensemble de zones N+3 formant respectivement les source et drain du transiszor. la grille 5 recouvre l'ensemble. Une partie de l'ensemble est représenté en perspective figure 3. Les drains et sources forment des barreaux parallèles, chaque barreau 2 étant compris entre deux barreaux 3 et chaque barreau 3 étant compris entre deux barreaux 2 . Cette zone est mise à nu par un procédé de gravure sélective. Les barreaux 5 ont leurs extrémités réunies par une zone perpendiculaire 30 sur laquelle est soudée la connexion de drain. I@ en est de même pour les barreaux 2 (source) roliés par zone 20 non représentée. l'ensemble se comporte comme plusieurs transistors mis en parallèle, les canaux s'étendant entre les barreaux dans la zone 4. La puissance dissipée peut Qtre beaucoup plus grande que dans les transistors connus. te plus la grille, la source et le drain n'étant pas dans le même plan, la grille peut recouvrir en partir la zone de source et la zone de drain. Il en résulte que les résistances d'accès au canal sont plus faibles. La figure 4 représente vu du dessus le dispositif, avant dépôt de la couche 4 et de la grille 5 On voit clairement les barreaux 3 alternant avec les barreaux 2, et les zones de contact 20 et 30 Les figures 5 et G représentent la structure de la figtire 2, au cours de sa fabrication suivant deux processus possibles. Sur la figure 5, les barreau@ 2 et 3 sont fbriqués sur la surface de la plaquette, par épitaxie localisée au travers d'un masque non représenté. Sur la figure 6, les barreaux 2 et 3 sont formés par attaque sélect-ive d'une couche dopée N+ 25. L'ensemble est alors recouvert par épitaxie de la couche 4 de dopage N . La figure 7 représente en coupe et la figure 8 vu du dessus un deuxième mode de réalisa-tion de l'invention. Sur cette figure la grille9 réalise par une électrode métalli- que déposée sur une couche N , ne recouvre pas 1 ensemble des barreaux, mais forme sur la surface de le plaquette un ensemble de doigts 50, intercalés entre les doigts 2' et 3 La figure 8 représente l'ensemble vu du dessus. Les doigts 50 de la grille sont reliés à leurs extrémités respectives par deux barreaux 52 et 53 perpendiculaires au doigts 5C une zone 51 est prévue, jointive à un des doigts extrêmes pour la soudure de con nexien. Les zones 20 et 30 sont insérées dans deux rectangles conducteurs, dont respectivement les doigts 52 et 53 forment les grands côtés. los figures 9 e-t 10 représentent cn coupe et en perspective un transistor selon l'invention du type mdtal-oxyde-semi-eondueteur (MOS) ou encore à grille métallique isolée du substrat. De tels transistors sont bien connus dans la technique. Ils comportent un substrat semiconducteur ayant un certain type de conduc tivité par exemple le type N. de conductivité Le drain et la source sont du type/ opposée,et fortement dopés (type P+@. La grille métallique est déposée sur une couche d'oxyde ou de diélectrique recouvrant l'ensemble. Le transistor NOS selon l'invention est représenté en coupe figure 9, et en perspective figure 10 la partie correspondant au contact 20 ayant été enlevée. Le substrat t est dopé faiblement et son type de conductivité est N . les barreaux de source et de drain 2 et 3 en alternance sont de type P+. Sur le substrat et au-dessus des barreaux, est, déposée une cou che de diélectrique 6 , par exemple de la silice SiO2 si le subs- trait est fait de silicium. 5 grille métallique 5 est déposée sur l'ensemble. Elle est dans l'exemple présent, d'un seul tenant. Elle peut comme dans la figure 7 être formée de doi@ts. Sur la figure 10 on retrouve les mêmes organes. Une fenêtre 54 a été pratiquée dans la grille et la couche d'oxyde,mettant à un la zone 50, sur laquelle sont posés les connexions de durain, comme dans l'exemple de la figure 2. la structure est donc sensiblement de meme forme que dans l'exemple décrit figures 1 et 2 . Sur les figures suivantes est décrit un transistor selon l'invention comportant deux grilles reliées ou non éloctriquement, c'est-à-dire portécs ou non au même potentiel. La figure 11 représente le transistor @n coupe transversale. La figure 12 raprésente en perspective une partie d ce train sistor. Ce transistor comporte un substrat 10 de faible conductivité de type P ou semi-isolant. Sur ce substrat ont été faites par épitaxie ou diffusion localisées des zones de grille li de type de dopage p+. Ces zones ent la forme de barreaux parallèles et sont reliés ensemble à leurs extrémités. Ils peuvent etre connectés comme représenté au moyen d'une zone 110 à la grille 4 par exemple de type Schottky comme dans l'exemple des figures 1 et 2. Ils peuvent ne pas être connectés à la grille 4 et jouer alors 1t- rôle d'une deuxième grille indépendante. Au-dessus dc ces zones 11, est formé par épitaxie une couche 12 de dopage de type de conductivité n. Dans cette zoneS comme dans le premier exemple sont formés les barreaux 2 et 3 de source ct de drain en alternance 5 ces barreaux ont un dopage élevé de type n+ Tous les barreaux de grille et d drain sont parallèles. Les zones P+ ct N+ sont disposées de fa@on que les zones pi soient en regard des créneaux formés entre les zones N+. Les canaux de conduction se forment dans 12 zone 12, deix puits 60 d'isolement (zones de diffusion profonde de type P+) delimitent l'ensemble. sur la figure 12, on voit la zone de conduction 110 connectant les barreaux 11 à la grille 4. Le transistor a effet de champ obtenu est du type à jonction à canal N. Les exemples précédents concernent des transistors à canal de type N. un peut inverser les types de conductivité est faire les canaux de type P. On sait que la. mobilité des portcurs est plus faible dans les semiconducteurs do type P que dans ceux de type N. C' est pour cela qu'on utilise plus fréquemment des transistors à effet de champ à canal de type N La grille métallique du type Schottky peut être remplacée par une jonction R~N classique. La figure 1, représente en coupe un dispositif analogue a celui de la figure 2. il comprend un substrat 1, semi-isolant ou ayant une faible conductivité de type P - , par exemple un arsenium de alliua. Sur cette couche sont diffusés les barreaux 2, drains 3, sources. L'ensemble st recouvert l'une couche 4 d'arséniure de gallium à dopage de type N La grille est formée de barreaux 50 connectée comme dans l'exemple de la figure 7, mais obtenue par des diffusions localisées de type P + . Deux puits d'isolement 6(! (diffusions profondes de type p+ ) délimitent l'ensemble du transistor. Ces structures peuvent être réalisées dans d'autres substrats semiconducteurs, notamment le silicium. La structure peut être faite par -soute méthode connue d'épitaxie, ct de dopage des semiconducteurs. REVENDICATIONS 1. Transistor à effet @e champ comportant un substrat semiconducteur,au moins une source et u@ drain et une grille ré@lisée à la surface du substrat caractérisé en ce que la source et le drain s'étandent cô@@-a-côte dans le substrat dans un plan parallèle au plan de la grille, à l'intéri@@r du substrat, les connexions de source et de drsin étant soudées aux extrémités de ceux-ci. 2. Transister a effet de champ selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte une plural@@é de sources et une pluralité de drains, les sources et les drains @yant la forme de barrcaux. Un barreau de source étant placé entre deux barreaux de drain, et un barreau de drain cntre deux barreaux de source,. 3. Transistor à effet de clamp suivant la revendication 2,ca- ractérisé on ce que le substrat comprend superposées une première couche d'un premier type de conductivité, une deuxième couche d'un deuxième type de conductivité différent du premier, les barreaux de source et de drain s étendent à la jonction des deux dites couches. 4. Transistor selon la revendication 3, caractérisé en ce que la grille est faite de métal et est déposée sur la surface de ladite deuxième couche. 4. Transistor selon la revendication 3, caractérisé en ce que la grille est d'un seul tenant. 5. Transistor selon la revendication 3, caractérisé en ce que la grille comporte des doigts séparés s'étendant au-dessus des espaces l@issés libres par les sources et les drains successifs. 6. Transistor selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat à un premier type de cond@ctivité, la @rille étant @étallique et étant isolée du substrat par une couche de diélectrique, les sources et drains étant faits d'un matériau d'un deuxième type de conductivité opposé au premier et fortement dopé. 7. Transistor selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une deuxième grille s t étendent dans le substrat dans un plan parallèle à celui de la grille et plus éloigné de celui-ci que le plan des sources et drains. 8. Transister selon la revendication 7, caractérisé en ce que la deuxième grille est formée de barreaux dont le plan de symétrie est parallèle au plan de symétrie des barreaux de source et de drain, chaque barreau de grille s'intercalant entre un barreau de source et un barreau de drain. 9. Transistor selon la revendication 8, caractérisé en ce que le substrat comporte superposées une première couche d'un premier type de conductivité, une deuxième couche d'un deuxième type de conductivité différent du premier, le plan de séparation de deux couches étant le plan de symétrie commun des barreaux de grille. 10. Transistor suivant la revendication 5, caracterisé en ce que la grille est faite d'un semi-conducteur ayant un type de conductivité différent de celui de ladite deuxième couche.