Brevet FR2081635A1 — publié le 19711210

L'invention est relative à des dispositifs semi-conducteurs et plus particulièrement à des transistors à effet de champ perfectionnés et présentant une capacité plaque/support réduite. Le fonctionnement des transistors à effet de champ dépend 5 de la commande de conductibilité d'un canal étroit ou court sous l'influence d'un champ électrique établi de préférence par une électrode ou grille de commande isolée électriquement. Les transistors à effet de champ de ce genre sont généralement fabriqués à l'aide de techniques de dépôt et de diffusion. Comme dans la 10 plupart"des dispositifs semi-conducteurs, la géométrie du dispositif joue un rôle important pour les caractéristiques électriques du dispositif. Par exemple, la transconductance et par conséquent le produit du gain par la largeur de bande de la plupart des transistors à effet de champ sont inversement proportionnels 15 à la longueur du canal entre les régions de la source et de la plaque, de même que la capacité de la région de la plaque par rapport au support. En réduisant la longueur du canal, il est possible, au moins théoriquement, d'améliorer la réponse en fonction de la 20 fréquence du dispositif. Ce faisant, toutefois, les régions de la source et de la plaque sont rapprochées l'une de l'autre avec pour résultat que la région d'appauvrissement de la plaque s'étend à travers la région du canal jusqu'à atteindre la région de la source et à fournir le courant limité par la charge d'es-25 pace. Ce phénomène est appelé claquage plaque/source par perçage. Par conséquent, pour fabriquer des transistors à effet de champ à faible longueur de canal, il faut tenir compte de la tension de claquage plaque/source. Un autre paramètre qui limite la réponse en fonction de la 30 fréquence des transistors à effet de champ est la capacité plaque/ support. Cette capacité varie en général en fonction inverse de la tension appliquée à la région de la plaque et de la résistivi-té du support. Lorsque la tension de plaque augmente, la capacité périphérique de la jonction de plaque diminue mais, de la ma-35 nière décrite ci-dessus, lorsque la tension de plaque augmente, la région d'appauvrissement de la plaque s'étend à travers la région du canal jusqu'à provoquer le claquage plaque/source par perçage. En conséquence, la fabrication de transistors à effet de champ exige nécessairement un compromis entre la longueur du 40 canal et le claquage par perçage. 71 0/175 2 2081635 Un but de l'invention est donc de réaliser un transistor à effet de champ perfectionné et caractérisé par une faible capacité plaque/support. Un autre but de l'invention est de réaliser un transistor à 5 effet de champ présentant une immunité élevée relativement au claquage plaque/source, sans l'effet de la tension. Un autre but encore de l'invention est de réaliser un transistor à effet de champ présentant une faible longueur de canal avec une tension de claquage par perçage élevée . 10 Un autre but encore de l'invention est de fournir un tran sistor à effet de champ présentant un produit élevé du gain par la bande passante. Les susdits buts et d'autres buts et avantages de l'invention sont obtenus, selon un mode de réalisation de l'invention, 15 en prévoyant une région immédiatement voisine de la surface, de faible résistivité, au voisinage de la région de la plaque,de manière à restreindre l'étendue latérale de la région d'appauvrissement de la plaque et à empêcher ainsi le claquage plaque/ source par perçage. En choisissant la profondeur ou épaisseur 20 de la région de faible résistivité de manière qu'elle soit approximativement égale à celle de la région de diffusion de la plaque, on obvie au défaut constitué par la valeur élevée de la capacité plaque/support inhérent normalement aux transistors à effet de champ réalisés dans des supports de faible résistivité. 25 Les caractéristiques, constituant des propriétés nouvelles, de l'invention sont précisées dans les revendications qui suivent. L'invention elle-même, toutefois, conjointement avec d'autres de ses buts et avantages, sera mieux comprise à la lecture de la description ci-dessous d'un exemple illustràtif, mais nullement 30 limitatif, de réalisation, effectuée en se reportant à la figure unique annexée qui représente une coupe d'un dispositif réalisé conformément à l'invention. Avant de procéder à une description détaillée de l'invention, il sera utile de résumer un certain nombre de difficultés 35 rencontrées dans la fabrication de transistors à effet de champ ayant les caractéristiques énumérées ci-dessus. Les transistors à effet de champ comportent en général une paire de régions de types à conductivités opposées immédiatement voisines d'une surface relativement grande d'un matériau semi-conducteur, d'un 40 premier type de conductivité, dans lequel les régions séparées, 71 071/b 3 2081635 appelées source et plaque, sont séparées par une région de faibles dimensions constituant le canal, région sur laquelle est placée une électrode de commande, la recouvrant. La conduction entre les deux régions s'effectue à travers les parties iœmédia-5 tement voisines du canal qui s'étend entre la source et la plaqua Ce canal superficiel est formé et modulé par un potentiel appliqué à l'électrode de commande. La longueur du canal, c'est-à-dire sa dimension parallèlement à l'écoulement du courant entre les régions de la source et de la plaque, constitue un paramètre 10 extrêmement important du fonctionnement d'un transistor à effet de champ. Par exemple, pour une largeur de canal donnée, la transconductance est inversement proportionnelle à la longueur du canal. Dans ces conditions, un dispositif présentant une transconductance donnée peut être réalisé sous des dimensions 15 matérielles relativement faibles si on peut réduire la longueur du canal. Ceci, non seulement diminue directement la capacité de l'électrode de commande, mais réduit aussi la capacité entre dispositifs associés dans un circuit intégré. Un facteur dont il faut tenir compte pour la détermination 20 de la longueur de la région constituant le canal est le phénomène de claquage plaque/source par perçage mentionné ci-dessus. Dans le cas de transistors à effet de champ ayant une région de plaque de dimensions données, il se forme une région d'appauvrissement plus grande dans un support de résistivité élevée que 25 dans un support de faible résistivité. En conséquence, il semblerait qu'il soit préférable de fabriquer un transistor à effet de champ avec un support de faible résistivité. Toutefois, la capacité entre la région de plaque et le support est bien plus grande dans un support à faible résistivité que dans un support 30 à résistivité élevée. Par conséquent, bien qu'il soit possible d'obtenir de courtes longueurs de canal dans des supports de faible résistivité, l'augmentation de la capacité plaque/support s'oppose à certains avantages que l'on obtiendrait avec une longueur de canal réduite. Dans ces conditions, la fabrication des 35 transistors à effet de champ actuels constitue un compromis entre la longueur du canal, déterminée par le claquage plaque/ support par perçage et la capacité entre les régions de la plaque et du support du dispositif. La figure représente un mode de réalisation de l'invention 40 dans lequel la capacité plaque/support est fortement réduite 71 0/175 4 2081635 alors qu'une courte région de canal est encore maintenue entre les régions de la source et de la plaque. Comme on le voit sur la figure, le transistor à effet de- champ conforme à l'invention est constitué par un support semi-conducteur 11, par exem-5 pie de silicium, ayant une conductibilité de type n avec des régions de diffusion 12 et 13 constituant respectivement la source et la plaque, de faible épaisseur, ayant une conductibilité de type p et formées dans la partie do support immédiatement voisine de la surface. Une couche isolée et passivée 14, par 10 exemple en oxyde du support semi-conducteur, recouvre la surface du support. La conduction, entre les régions de la source et de la plaque, est modulée par une électrode de commande 15 recouvrant une région 16 immédiatement voisine de la surface et constituant le 15 canal. Comme on le voit sur la figure, lorsqu'on applique une tension de polarisation entre les régions de la source et de la plaque, il se forme une région d'appauvrissement 17 au voisinage de la région 12 de la plaque. Plus grande est la tension appliquée, plus grande est la région d'appauvrissement qui s'étend 20 à la fois verticalement et latéralement. La longueur minimale de la région 16 du canal se trouve ainsi limitée par le degré d'extension latérale de la région d'appauvrissement avant que se produise le claquage plaque/source par perçage. Conformément à l'invention, le degré d'extension latérale 25 de la région d'appauvrissement et la capacité plaque/support se trouvent fortement réduits par la mise en oeuvre d'une région 18 immédiatement voisine de la surface et ayant une résistivité réduite, au moins dans la région immédiatement voisine de la région 16 du canal. La région 18 de faible résistivité immédiate-30 ment voisine de la surface, qui sur la figure est désignée par N+ , est de préférence de même étendue que la surface du support 11 et a une profondeur ou épaisseur à peu près égale à celle de la région de diffusion 12 de la plaque, de sorte que la partie inférieure de la région de diffusion 12 de la plaque est immédia-35 tement voisine du support 11 de plus forte résistivité et seuls les bords de la région de la plaque sont en contact avec la région 18, de plus faible résistivité, voisine de la surface. De cette manière, la capacité plaque/support est réduite au minimum et on obtient en même temps une région de faible résistivité au-40 tour des bords de la région de la plaque de manière à réduire 71 07175 5 2081635 fortement le degré d'extension latérale de la région d'appauvrissement 17. Bien que la région 18 de faible résistivité, immédiatement voisine de la surface et telle qu'elle est représentée sur la fi-5 gure, ait la même étendue que la surface entière du support 11, les spécialistes remarqueront que la région 18 de faible résistivité n'est nécessaire qu'au voisinage de la partie, immédiatement voisine de la plaque, de la région 16 du canal pour fournir des résultats comparables. Cette situation résulte de ce 10 que c'est l'extension latérale de la région d'appauvrissement, au voisinage de l'électrode constituant la plaque, qui impose une limitation au raccourcissement de la région 16 du canal ; dans ces conditions, il suffit de prévoir une région de faible résistivité au voisinage de la région du canal qui est immédiatement 15 voisine de la plaque, pour obtenir le résultat désiré. Toutefois, au point de vue de la simplicité et du coût de fabrication des transistors à effet de champ conformes à l'invention, il faut un nombre nt'inimal de phases de fabrication supplémentaires, si la région de faible résistivité est , par construction, 20 de même étendue que la surface entière du support. Dans ces conditions, bien qu'il puisse n'être pas nécessaire de prévoir une région de faible résistivité ayant la même étendue que la presque totalité de la surface du support, il est en général plus facile de prévoir une région de faible résistivité, uniquement dans une 25 partie choisie du support. C'est le cas en particulier lorsque la région de faible résistivité est constituée par exemple par diffusion d'une impureté à travers la surface d'un support ou par croissance épitaxiale à partir de la surface du support. Dans chacun de ces cas, les régions de faible conductivité choisies 30 sont généralement formées par un masquage initial approprié du support. En plus des procédés de diffusion et de croissance épitaxiar le, on peut utiliser à volonté d'autres techniques pour réaliser la région de faible résistivité; les caractéristiques de ces 35 procédés sont toutefois bien connues dans la techniques et, dans ces conditions, l'épaisseur ou la profondeur de la région de faible résistivité peut être réglée avec précision par ces procédés. Pour la mise en oeuvre de l'invention, il est préférable que la région 18 de faible résistivité ait une résistivité de 10 40 à 100 fois plus faible que celle du support. Du fait que la ré 71 07175 6 2081635 duction de la capacité plaque/support est proportionnelle à la résistivité de la région 11 du support par rapport à la région de diffusion 18 immédiatement voisine de la surface de la réduction de la capacité plaque/support est obtenue pour tous les 5 rapports supérieurs à 1 ; toutefois, il est préférable qu'on utilise un rapport d'au moins 10/1 pour obtenir à peu près la même réduction de capacité entre les régions de la plaque et du support. Comme il est bien connu des spécialistes en cette matière, 10 la résistivité d'une région de diffusion varie avec la distance à la surface de diffusion. En conséquence, pour la mise en oeuvre de l'invention, les spécialistes remarqueront facilement qu'en adoptant des temps et températures de diffusion très différents, on produira divers taux d'amélioration de la capacité 15 plaque/support. Dans ces conditions, il va de soi que l'invention est fondée sur la découverte qu'en réalisant, dans un transistor à effet de champ, une région de plaque comportant une région de résistivité nettement inférieure à celle du support dans la région immédiatement voisine du canal, on réduit forte-20 ment la capacité entre la plaque et le support et la région cPap-pauvrissement de plaque formée par une polarisation appropriée de la jonction plaque/support produit une distribution de champ à peu près verticale avec uniquement une extension latérale minimale vers la région du canal. Dans ces conditions, bien qu'on 25 puisse obtenir à divers degrés l'amélioration du rendement du dispositif en faisant varier la profondeur et la résistivité de la région de faible résistivité immédiatement voisine de la surface, de telles variations doivent 'être considérées comme rentrant dans le cadre de l'invention. 30 De la description qui précède, il ressort nettement qu'il s'agit de la découverte d'une espèce nouvelle et perfectionnée de transistors à effet de champ présentant une faible capacité plaque/support et des tensions de claquage plaque/source par perçage élevées, qui permet la fabrication de transistors à ef-35 fet de champ ayant des caractéristiques élevées quant au produit du gain et de la bande passante. Bien que 1'invention ait été décrite en se référant à un mode de réalisation particulier de l'invention, il est manifeste qu'on peut en envisager de nombreuses variantes. Par exemple, 40 les idées directrices de l'invention peuvent être appliquées pour 71 07175 7 2081635 améliorer des transistors à effet de champ non seulement du type à enrichissement mais encore du type à appauvrissement, qu'ils soient fabriqués sous forme de transistors du type à jonction ou du type à électrode de commande isolée. Par consé-5 quent, l'utilisation d'une région de faible résistivité au voisinage de la région de la plaque permet de réduire fortement la capacité plaque/support et de limiter la région d'appauvrissement à une extension verticale de manière à permettre la fabrication de transistors à effet de champ à haute fréquence qui 10 présentent des tensions de claquage plaque/source par perçage élevées. 71 07175 8 2081635 REVENDICATIONS 1. Transistor à effet de champ, caractérisé en ce qu'il comporte un support semi-conducteur appartenant à un premier type de conductibilité et présentant des régions de source et de 5 plaque de conductibilité de type contraire formées dans une surface relativement grande de ce support, une électrode de comman- -de isolée électriquement et recouvrant au moins une partie d'une région constituant un canal de conduction entre les régions de la source et de la plaque,et une région immédiatement voisine 10 de la surface de cette région du canal ayant une résistivité inférieure à celle du support dans au moins la partie qui est immédiatement voisine de la plaque. 2. Transistor à effet de champ selon la revendication 1, caractérisé en ce que cette région de faible résistivité a à peu 15 près la même étendue que la surface relativement grande précitée du support et a une épaisseur comparable à celle de la région de la plaque. 3. Transistor à effet de champ selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support des résistivités de ce support 20 et de cette région immédiatement voisine de la surface est nettement supérieur à l'unité. 4. Transistor à effet de champ selon la revendication 3, caractérisé en ce que le rapport précité de résistivités est compris entre 10 et 100. 25 5. Transistor à effet de champ selon la revendication 1, caractérisé en ce que la région de faible résistivité précitée a une profondeur suffisante pour augmenter fortement la tension de claquage plaque/source. 6. Transistor à effet de champ selon la revendication 1, 30 caractérisé en ce que la région de faible résistivité est formée par diffusion d'impuretés à l'intérieur du support. 7. Transistor à effet de champ selon la revendication 1, caractérisé en ce que la région de faible résistivité est formée par croissance épitaxiale du support. 35 8. Transistor à effet de champ selon la revendication 1, caractérisé en ce que la région de faible résistivité et la région de la plaque ont à peu près la même épaisseur. 9. Transistor à effet de champ selon la revendication 1, caractérisé en ce que la région de faible résistivité a un type 40 de conductibilité semblable à celle du support. 71 07175 9 2081635 10. Transistor à effet de champ selon la revendication 1, caractérisé en ce que la région de faible résistivité a à peu près la même étendue que la surface du support et entoure presque entièrement la région de la plaque.