Brevet FR2105175A1 — publié le 19720428

210St75 La présente invention concerne un transistor à effet de champ du type planaire à porte de Schottky. En particulier, elle concerne un transistor qui utilise une conductivité électronique ou une conductivité totale dans un matériau semiconducteur intrinsèque. Les transistors à effet de champ qui utilisent une conductivité électrique dans un matériau semiconducteur essentiellement intrinsèque sont déjà connus. On pourra à cet effet se référer à l'article de G. T. Wright paru dans "Proceedings de IEEE" de Novembre 1363, pages 1642-1S52. Comme on le voit, dans cet article, plusieurs réalisations ont déjà été effectuées. Différents matériaux, différents arrangements de porte et plusieurs types de contact de porte ont été expérimentés. Comme on le voit en théorie, le courant électri que transporté par de tels transistors est proportionnel, parmi d'autres paramètres, à l'inverse de la puissance 3 de la longueur de la porte dans la direction d'écoulement du courant. On peut alors conclure que l'on obtient des propriétés intéressantes de ces transistors pour des dimensions extrêmement petites du contact de porte ainsi que des distances entre les contacts. Jusqu'à récemment, la technologie de la fabrication de semiconducteurs était limitée à ce point de vue. Aujourd'hui, cependant, il est possible de construi re des dispositifs de dimensions suffisamment faible de sorte que la conductivité peut être comparée avec celle obtenue par les dispositifs semiconducteurs classiques. Les transistors à effet de champ de dimension particulièrement petite et leurs procédés de fabrication ont été proposés dans le brevet français n° 1 557 327 déposé le 14 Mars 1968 par la demanderesse et le brevet français n° 1 600 776 déposé le 30 Décembre 1968 par la demanderesse. Un objet de cette invention a trait à un transistor à effet de champ à performance particulièrement élevée. Un autre objet de l'invention concerne un transistor à effet de champ présentant une structure extrêmement simple ce qui lui permet d'être fabriqué à bon marché, et d'avoir un rendement élevé. Un autre objet de l'invention a trait à un transistor à effet de champ particulièrement bien adapté aux dispositifs miniaturisés des circuits intégré Un autre objet'de l'invention a trait à deux transistors à effet de champ complémentaires, qui peuvent être réalisés dans des dispositifs intégrés par le même procédé simple. Ces objets sont réalisés par un transistor à effet de chamn à porte de Schottky, dont le canal se compose, au voisinage du contact de porte, essentiellement d'un matériau semiconducteur intrinsèque. L'invention sera mieux comprise en se référant aux figures ci-après dans lesquelles: La figure 1 représente une coupe d'un transistor à effet de champ connu. 71 26003 2105175, La figure 2 représente une coupe d'un transistor à effet de champ de Is présente invention; Les figures 3 et 4 sont deux autres réalisations de transistors à effet de champ.. 5 La figure 5 représente les courbes caractéristiques du transistor à effet de champ/ Le transistor représenté sur la figure 1, est déjà connu et sera par conséquent décrit très brièvement. Bien que le transistor soit représenté séparément, il est évident qu'il fait partie d'un dispositif intégré qui 10 renferme beaucoup de transistors similaires ou identiques. Le substrat 11 est composé d'un matériau isolant ou d'un matériau semiconducteur intrinsèque, c'est-à-dire, d'un matériau ayant une résistivité la plus élevée possible. Le canal 12 a la forme d'une couche conductrice d'un matériau semiconducteur dopé placé sur le substrat 11. Beaucoup de procédés sont connus 15 pour la réalisation de ces couches et ne seront pas décrits ici. Les électrodes de source 13, de porte 14 et de drain 15 du transistor, sont disposées sur la couche 12. Les électrodes de source 13 et de drain 15 constituent respectivement des contacts ohmiques avec le matériau du canal 12. L'électrode de porte 14 au contraire réalise un contact de Schottky avec le matériau du 20 canal 12. En général, les électrodes sont métallisées et si on le désire soumises à un traitement ultérieur, par exemple, un traitement thermique. Le traitement dépend du type d'impureté du matériau du canal, par rapport au type désiré d'électrodes et au métal utilisé. Puisque ces détails sont connus, on ne donnera pas d'explications supplémentaires ici. 25 Le courant qui circule entre l'électrode de source et l'électrode de drain lorsqu'on applique une tension, peut être commandé par un signal adéquat qui est appliqué entre la source et le drain. L'action de commande est due à une zone d'appauvrissement qui est créée dans la région de porte à l'intérieur du canal, et ce, par l'intermédiaire du signal de porte. La zone d'appauvrisse-30 ment agit comme une zone de restriction qui, si le signal est suffisant, bloque entièrement le canal et ne permet pas l'écoulement du courant entre l'électrode de source et l'électrode de drain. Le transport des charges électriques est dû à la conduction par électron ou par trou dans le matériau semiconducteur dopé du canal. 35 II est connu que la conductance par électrons ou par trous ne se produit pas que dans le matériau semiconducteur dopé mais est également possible dans un matériau intrinsèque s'il est possible d'obtenir une intensité de champ électrique suffisamment élevée», dans le matériau. Des dispositifs uti-lï- ' gant, cet effet; ctnfe été découverts ^dians la passé comme on le voit dans les 40; références sus-mentionnées» La théorie développée relativement récente montre, 71 260Ô3 3 2105175 cependant, qu'il est difficile de créer une intensité de chamn nécessaire à la bonne conductivité on utilisant des tensions raisonnebles. L'intensité de champ varie avec la distance entre les électrodes du dispositif. On peut démontrer que le courant croît, de façon inverseaent oroportionnelle, à la 5 ouissance trois de la valeur de la distance entre les électrodes. Jusqu'à récemment, il n'était pas possible de réaliser des dispositifs dont la distance entre électrodes était suffisamment faible pour créer un courant utile avec des tensions raisonnables. Aujourd'hui, plusieurs procédés sont à notre disposition. 10 La figure 2 représente, en coupe, un transistor à effet de champ réalisé de façon similaire à celui de la figure 1 avec un substrat 21, fait d'un matériau semiconducteur intrinsèque, qui est utilisé comme canal. La couche de canal distincte, la couche 12 de la figure 1, est supprimée ici. L'électrode de source 23 aussi bien que l'électrode de drain 25 constituent aussi des 15 contacts ohmiques sur le corps semiconducteur 21. L'électrode de porte 24 est un contact de Schottky. Dans le transistor de la figure 1, le canal 12 très fortement dopé a une conductivité élevée. Un signal négatif applique à la porte 14 donne une zone d'appauvrissement dans le canal au-dessous de l'électrode de porte qui 20 étrangle complètement le canal et interromDt le courant entre l'électrode de source et l'électrode de drain si le signal de porte est suffisant. Le transistor de la figure 2 ne possède pas de canal et le corps semiconducteur intrinsèque qui supporte les électrodes est normalement non conducteur de l'électricité. La conductivité, au contraire du canal fortement dopé, appa-25 raît seulement par application d'une tension électrique. La figure 5 représente un ensemble de courbes donnant le courant de drain en fonction de la tension de drain, la tension de porte y étant prise comme paramètre. Il apparaît alors qu'aux faibles tensions, le courant croît plus lentement et la conductivité par conséquent est faible. Lorsque les 30 tensions augmentent, la conductivité croît aussi. On remarquera aussi que la conductivité du semiconducteur intrinsèque peut aussi être réalisée par un signal de Dorte positif. Ceci, cependant, créera un courant de porte élevé qui n'est pas souhaitable Pour la plupart des applications. Puisque le contact de Schottky de la porte constitue une 35 diode et par conséquent, comporte un seuil de tension dans le sens de conduction avant de laisser passer un courant notable, on utilisera la région positive située au-dessous de ce seuil. Une tension négative appliquée au contact de porre créera une zone d'appauvrissement située au-dessous de la porte comme pour le transistor de la figure 40 1. La zone d'appauvrissement, cependant, ne pénétrera pas à l'intérieur du >1 26ÔÔ3 4 2105175 corps semiconducteur 21, comme il pénétre dans la couche de canal 12. La zone d'appauvrissement prolongera plutôt la zone de passage du courant électrique entre la source et le drain et par conséquent augmentera la distance réelle entre électrodes ce qui diminuera l'intensité du champ électrique 5 et ne laissera passer qu'un faible courant. A cause de la forte dépendence du courant par rapport à la distance réelle entre électrodes, cet effet sera suffisant à titre de contrôle. Comme on l'a déjà noté, il est nécessaire de réaliser une distance entre électrodes aussi petites que possible de façon à obtenir un courant suffisam-10 ment élevé dans le transistor. Dans des buts pratiques, la distance entre électrodes ne sera pas beaucoup plus grande que la longueur effective du contact de porte dans le sens du passage du courant. Les distances devront être de l'ordre de 0,1 à 1, micromètre. Avec le dispositif représenté sur la figure 2, ces dimensions seront très difficiles à réaliser. La figure 3 repré-15 sente une réalisation dans laquelle on peut obtenir les distances entre électro des sus-mentionnées. Les électrodes de source et de drain 33 et 35., respectivement, sont reliées à deux zones 36 et 37 très fortement dopées et par conséquent très conductrices. Un e zone de canal 32, fait d'un matériau intrinsèque, représen-20 te la distance effective entre.la zone de l'électrode de source 36 et la zone de l'électrode de drain 37. Puisque les deux eonrs 36 et 37 s'étendent sur une distance peu profonde du corps semiconducteur seul, la zone d'appauvrissement qui est créée au-dessous de la porte 34, par l'application d'un signal, se prolongera à travers l'épaisseur des zonas d'électrodes et dans le corps 25 semiconducteur 31. Ceci allongera la zone de passage du courant entre les 36 et 37 et augmentera l'effet de commande de- porte. IL est connu que la transcon-ductivité croît, dans des transistors à effet de champ, lorsque la distance entre électrodes est réduite. Les zones 36 et 37 peuvent être dopées pour obtenir un matériau semiconduc 30 teur conducteur de type N. Sous l'influence de la tension électrique, un courant électronique, se propagera de la source, agissant comme cathode, au drain qui joue le rôle d'anode. Un signal négatif à la porte créera une zone d'appauvrissement au-dessous de la porte ce qui réduira le courant. Si, cependant, les zones 36 et 37 sont dopées par des impuretées de type P pour les 35 rendre conductrices, alors un courant de trous circulera de la source, agissant comme anode, au drain) qui joue alors le rôle de cathode. Un signal positif à la porte créera maintenant une zone d'appauvrissement et réduira le passage du courant. Naturellement, le signal de porte dans les deux cas est référencé par rapport a la source. Ceci donne la possibilité de réaliser 40 des transistors similaires qui sont complémentaires les uns des autres. 71 26003 2105175 propriété qui jusqu'à présent, n'était pas, ou était avec difficulté, disponible avec les transistors à effet de champ. Les transistors complémentaires peuvent aussi être réalisés conformément à la figure 2. Le choix de combinaison de l'électrode métallique et du matériau 5 semiconducteur détermine, dans le semiconducteur, la conductivité qui se fera par électron ou par trou. Si, par exemple, des couches d'or déposées sont utilisées pour les électrodes, l'addition d'environ 1% d'antimoine provoquera la conductivité par électrons tandis que l'addition d'environ 1% d'indium ou de bore entraînera la conductivité par trous dans le cristal. 10 Pour la fabrication des réalisations conformément aux figures 2 et 3, on pourra utiliser des procédés et disoositifs décrits dans le brevet français n° 1 557 327 déoosé le 14 Mars 1968 par la demanderesse. La réalisation décrite dans la figure 4 peut être réalisée par un procédé similaire à celui décrit dans le brevet français n° 1 600 776 déoosé le 30 15 Décembre 1968 par la demanderesse. Dans ce procédé, la surface du cristal semiconducteur 41 est recouverte, par exemple par oxydation en phase vapeur, d'une couche de SiO^. Dans un procédé de décapage photoélectrique, on supprime des bandes étroites d'oxyde entre les électrodes. Les évidements sont maintenant décapés dans une atmophère d'hydrogène ou d'argon à une température 20 élevée. Comme représenté dans le dessin, la couche d'oxyde est soumise à un décapage latéral sous-jacent. Ceci est très utile pour réduire, à la dimension désirée, la bande de surface cristalline sur laquelle ensuite le contact de porte 44 doit être déposé. Pendant le procédé de décapage, les matériaux de dopage adéquats sont ajoutés à l'atmosphère de décapage, tels que de l'ar-25 seniure ou du phosphore, qui diffuseront dans la surface cristalline à des températures élevées nécessaires au décapage. Ceci crée des zones conductrices 46 et 47 qui réalisent la continuation des contacts de source et de drain respectivement, dans la région sous-jacente au contact de oorte. Dans une étape ultérieure, on supprime la couche d'oxvde et on réalise les contacts 30 d'électrodes 43, 45 et 44 pour respectivement, la source, le drain et la porte. Les contacts de source et de drain sont ohmiques tandis que le contact de porte 44 réalise un contact de Schottky avec la surface semiconductrice. La fonction de cette réalisation est similaire à celle de la firture 3 et dépend des possibilités de fabrication disponible, On trouvera des détails 35 supplémentaires dans l'un des brevets sus-mentionnés. Puisque, comme on l'a noté ci-dessus, le courant dans le transistor dépend * de la distance entre la source et le drain, le transistor que l'on a décrit ici est bien adapté aux circuits intégrés dans lesquels beaucoup de transistors égaux sont utilisés à côté d'autres éléments tels que par exemple des 40 diodes. Si deux éléments adjacents sont soumis à des- potentiels différents, 11 26003 B 2105175 une distance mutuelle de seulement trois fois environ la distance source-drain du transistor suffit à réaliser leur isolation. Des diodes de Schottky utilisées dans cette sorte de circuit intégré peuvent naturellement être réalisées de la même façon que les transistors. Puisque par des procédés 5 bien connus, tels que la diffusion locale ou l'implantation ionique, on peut prévoir des zones conductrices dans le cristal, ledit transistor peut facilement être intégré avec des transistors bipolaires de type PNP ou de type IMPN. La propriété d'isolation mutuelle d'éléments individuels dans le cristal semiconducteur intrinsèque est obtenue par ce moyen. 10 La réalisation particulière cfisolation mutuelle telle que la diffusion d'isolation, des rainures d'isolation dans le matériau, des contacts de porte d'isolation etc..., ne sont pas nécessaires. Il est évident que ces propriétés de l'élément proposé augmentent essentiellement son utilisé dans les circuits intégrés car il est extrêmement souhaitable dans cette sorte de circuit de 15 les disposer, pour des raisons économiques, sur une surface cristalline minimum. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur le dessin, les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut 20 y apporter toutes modifications.de forme ou de détail qu'il juge utiles, sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. 71 260Ô3 7 2105175 REVENDICATIFS 1-" Transistor planaire à effet de chamn comportant un contact de Dorte à barrière de Schottky caractérisé en ce que le canal olacé dans la région du contact de porte se compose essentiellement d'un matériau semiconducteur 5 intrinsèque. 2.- Transistor à effet de champ selon la revendication 1, caractérisé en ce que les électrodes de source et de drain sont respectivement disposées à l'intérieur de zones de conductivité élevée, elles-mêmes situées dans le matériau semiconducteur intrinsèque, ces zones s'étendant jusqu'au voisinage immédiat de l'électrode de porte du transistor à effet de champ, et au moins une des électrodes de source et de drain comportant un contact ohmique. 3.- Transistor à effet de champ selon la revendication 2 caractérisé en ce que les zones de conductivité élevée sont douées avec des impuretés de type N. 15 4.- Transistor à effet de champ selon la revendication 2 caractérisé en ce que la zone de conductivité élevée est du type P. 5.- Transistor à effet de champ selon la revendication 1 caractérisé en ce que les contacts d'électrodes du transistor à effet de champ SDnt des contacts ohmiques qui sont réalisés sur le matériau semiconducteur intrinsèaue 20 avec de l'or additionné d'indium ou de bore ou encore d'indium et de bore. 6.- Transistor à effet de champ selon la revendication 1 caractérisé en ce que les contacts d'électrodes du transistor à effet de champ sont des contacts ohmiques qui sont réalisés sur le matériau semiconducteur intrinsèque avec de l'or additionné d'antimoine. 25 7.- Procédé de fabrication de transistors à effet de chamD du genre de ceux définis selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'au moins uns électrode est déposée, en phase vapeur, sous forme d'une couche métallique. 8.- Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que des zones de conductivité élevée sont diffusées avant le déoôt des électrodes. 30 9.- Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que les zones da conductivité élevée sont réalisées par implantation d'ions après réalisation 71 26003 2105175 des électrodes. 10.- Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce qu'au moins l'électrode de porte subit un décapage latéral sous-jacent de façon à réduire la longueur active du canal dans la direction du passage du courant. 5 11.- Procédé selon la revendication 10 caractérisé en ce que des zones fortement conductrices}qui entourent l'évidement décapé^sont réalisées. 12.- Procédé selon la revendication 11 caractérisé en ce que la zone fortement conductrice est diffusée pendant le décapage. l'une quelconque 13.- Application de transistors à effet de champ, tels que ceux définis selon/ 10 d.es revendications 1 à S» dans un circuit intégré, caractérisé en ce que plusieurs transistors sont disposés dans un cristal semiconducteur intrinsèque, et ce, selon une distance mutuelle suffisante pour permettre l'isolation électrique. 14.- Application selon la revendication 13 caractérisé en ce qu'au moins un 15 transistor bipolaire est réalisé dans le même cristal semiconducteur.