Brevet FR2056969A1 — publié le 19710507

L'invention concerne un dispositif semi-conducteur du type à porte isolée et, plus particulièrement, une structure d'un canal d'arrêt dans un dispositif de type normalement en circuit appelé dispositif de type à dépression. 5 C'est un phénomène bien connu qu'une couche d'inversion est formée sur une interface d'un substrat semi-conducteur tel que le silicium avec un film isolant appliqué sur ce substrat, par exemple en oxyde de silicium, par une charge électrique accumulée sur l'interface. Un dispositif semi-conducteur du type à 10 porte isolée est un dispositif destiné à commander la conductivi-té électrique de la couche d'inversion au moyen d'une tension électrique appliquée à une électrode métallique sur un film isolant selon ledit principe. Cependant, dans le cas de l'un de ces dispositifs semi-15 conducteurs, appelé type à dépression, c'est-à-dire normalement en circuit lorsque la polarisation de ladite électrode métallique est nulle avec la couche d'inversion déjà formée dans le dispositif, par exemple un dispositif à effet de champ du type porte isolée (transistor MOS), la couche d'inversion n'est pas toujours 20 formée seulement dans une région de canal conductrice sous une électrode de porte, mais elle est formée sur la totalité de la surface du substrat, ce qui amène la création d'un courant incertain non-contrôlable par ladite électrode-porte, c'est-à-dire un courant de fuite qui est formé entre la source et le drain du 25 dispositif. D'autre part, afin d'éviter la formation dudit courant de fuite dans un dispositif semi-conducteur à effet de champ du type porte isolée, ayant une structure de transistor, la source, le drain et la porte sont disposés en cercles concentriques de 30 manière à former des régions de source et de drain dans une structure ne possédant pas d'extrémités ouvertes. Cependant, un dispositif ayant des électrodes annulaires requiert obligatoirement la présence de régions de fixation d'électrodes pour assujettir les conducteurs extérieurs à l'intérieur des électrodes circu-35 laires, ce qui constitue un inconvénient car les dimensions géométriques des électrodes sont augmentées, ce qui se traduit par une capacité parasite beaucoup plus importante. C'est pourquoi, le but de la présente invention est d'abord de prévoir un dispositif semi-conducteur exempt dudit 40 courant incertain et ensuite de prévoir un dispositif ayant une 70 28632 2 2056969 structure dans laquelle la région électrode et, par conséquent, la capacité parasite ne devient pas plus grande. La présente invention est caractérisée en ce qu'une région source et une région drain sur un substrat semi-conducteur 5 sont entourées par une région dans laquelle la couche d'inversion n'est pas formée, c'est-à-dire, une région ne formant pas de couche d'inversion, ou en ce que ladite région ne formant pas de couche d'inversion est formée de façon à fermer la région d'extrémité ouverte des électrodes pour éviter la formation d'un courant 10 de fuite à l'extérieur d'une électrode de commande formée entre deux régions d'électrodes (une région source et une région drain) sur le substrat. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit en faisant référence aux dessins 15 ci-annexés, dans lesquels : La figure 1 est une vue en plan d'un transistor à effet de champ à porte unique isolée (transistor type MOS) dans lequel une région source épouse la forme d'un U, une région drain est formée à l'intérieur de la région source et une électrode 20 porte isolée est disposée entre les deux régions. La figure 2 est une coupe transversale selon II-II de la figure 1. La figure 3 est une vue en plan d'un dispositif similaire au transistor MOS de la figure 1, ayant une région source 25 enforme d'U, mais comportant également une pluralité d'électrodes portes. La figure 4 est une vue en plan d'un transistor à effet de champ à une seule porte isolée ayant une structure dans laquelle une région source et une région drain sont parallèlement 30 disposées dans un même plan. La figure 5 est une section transversale selon V-V de la figure 4. La figure 6 est une vue en plan d'un dispositif similaire au transistor de la figure 4, mais comportant une plurali-35 té de portes. La figure 7 est une section-transversale selon VII-VII de la figure 6. Un dispositif selon la réalisation montrée dans les figures 1 et 2 comprend un substrat 1 en silicium de type P et 40 deux régions de conductivité de type opposé à celle 'du-ssubstrat . '0 28632 3 2056969 prévues sur la surface dudit substrat, c'est-à-dire une région source 2 du type N et une région drain 3 également du type N et une électrode métallique 5 formant porte sur la surface supérieure du substrat où,entre les deux régions, on a interposé 5 un film isolant 4. Dans ce dispositif, la région source 2 est en forme d'U et la région drain 3 est disposée à l'intérieur de cet U. En avant d'une extrémité ouverte forrtiée par les deux jambages de l'U de la région source 2 et de la région drain 3, une région à haute concentration (région type P+) 9,ayant le 10 même type de conductivité que celle du substrat, est formée de manière à fermer la région source 2 en forme d'U, aiors que l'électrode porte 5 s'étend de l'extrémité ouverte des régions source et drain à la région type P+. Dans ce dispositif, un canal conducteur 6 de la couche d'inversion formée entre les régions 15 source et drain se trouve entièrement dans les limites de commande de l'électrode porte, de sorte qu'aucun courant de fuite ne peut être produit. C'est pourquoi, la caractéristique de blocage est bonne et le courant incertain décroît considérablement. De plus, dans cette réalisation, chacune des électrodes métal-20 liques source, drain et porte comporte des portions de fils d'assujettissement 7», 8* et 5' respectivement associés aux électrodes 7, 8 et 5 à l'extérieur de la région 2 en U et de la région 9 typé P+, de sorte "que la capacité parasite peut être réduite en diminuant l'épaisseur de la couche isolante en dehors 25 des portions d'assujettissement des fils d'électrodes. Bien que cette réalisation ait été décrite en prenant comme exemple un dispositif à canal semi-conducteur à dépression du type N, c'est-à-dire un dispositif semi-conducteur du type à porte isolée, normalement en circuit (transistor MOS), elle peut i 30 être conçue en prenant un dispositif de type à canal normalement en circuit et de type P. La figure 3 montre une autre réalisation de la présente invention. Sur la'face d'un substrat 11 en silicium du type P, une région source 12 du type N en forme de U et,à l'in-35 térieur de la région en forme de U, une région drain pratiquement rectangulaire 13 sont formées respectivement par diffusion et, entre ces régions source et drain, la première électrode porte 15 et la seconde électrode porte 16 sont formées après interposition d'une couche isolante 14, alors que, par la suite, une 40 région en forme d'îlot 20 du tyjse N est également formée sur la 70 28632 4 2056969 face du substrat entre les deuxdites électrodes portes. En outre, une région 19 du type P+ est formée en avant des extrémités ouvertes de la région source 12 en forme de U et l'étalement de la couche d'inversion est empêchée, de sorte qu'aucun courant de 5 fuite dû à cet étalement du courant le long des lignes de force électrique entre les régions source et drain ne peut être produit. Dans la figure 3, les indices 17 et 18 désignent respectivement les électrodes côté source et côté drain, alors que les indices 17' et 18* sont les portions de fils conducteurs respec-10 tifs desdites électrodes. Le dispositif de cette réalisation fonctionne exactement de la même manière que le dispositif montré dans les figures 1 et 2. Les figures 4 et 5 montrent un dispositif dans lequel un dispositif semi-conducteur à effet de champ de type porte 15 unique (transistor MOS) est prévu sur un substrat en silicium et dans lequel des régions source et drain 22 et 23 de type N sont formées par diffusion sur ledit substrat en silicium 21 de type P, l'extérieur de ces régions étant entouré par une région 29 de type P+ et dans lequel une électrode porte 25 est prévue au-20 dessus de la région 29 de type P+, ladite porte et ladite région étant séparées par un film isolant 24. Dans ce dispositif, la .j, région 29 de type P devient la région ne formant pas de couche d'inversion et aucun courant de fuite dû à l'étalement d'un canal entre les régions source et les régions drain spécialement 25 dû à l'effet d'extrémité ne peut être produit. Dans les figures 4 et 5, les indices 27 et 28 désignent respectivement l'électrode de source et l'électrode de drain. De tels dispositifs sont utiles dans les cas où des dispositifs semi-conducteurs de type à porte isolée (MOS) sont intégrés sur 30 un substrat, comme c'est le cas pour les circuits intégrés. Les figures 6 et 7 montrent un dispositif comportant deux électrodes de portes, c'est-à-dire une première électrode de porte 25 et une seconde électrode de porte 26, dispositif dans lequel une région diffusée 30 de type N appelée région 35 îlot est prévue sur le substrat entre les deux électrodes de portes. Dans ces figures, les indices numériques identiques à ceux des figures 4 et 5 représentent des pièces similaires. De plus, dans ce dispositif, excepté quelques caractéristiques inhérentes aux dispositifs semi-conducteurs à effet de champ de 40 tYPe à. deux portes isolées (transistor MOS) , la fonction d'une 70 28632 5 2056969 région telle que la région 29 de type P+ à haute concentration est la même que celle de ladite région dans ledit dispositif semi-conducteur à simple électrode de porte isolée (transistor). Le fonctionnement et les objets des dispositifs décrits 5 ci-dessus selon la présente invention ne sont pas limités aux dispositifs de type à canal et de type N, mais peuvent s'appliquer aux dispositifs qui sont normalement en circuit, c'est-à-dire aux dispositifs semi-conducteurs à porte isolée de type à dépression (dispositifs MOS). 28632 6 2056969 REVENDICATIONS 1. Dispositif semi-conducteur du type à porte isolée comportant une région de source et une région de drain sur un substrat semi-conducteur, un canal conducteur formé par la couche 5 d'inversion dans le substrat entre ces deux régions et une électrode de porte isolée pour contrôler la conductivité du canal conducteur, caractérisé en ce qu'un élément d'arrêt du canal constitué par une région à concentration élevée ayant une conductivité du même type que celle du substrat est formée à l'exté-10 rieur d'au moins une région parmi les deuxdites régions, ladite région à haute concentration coupant transversalement les deux portions d'extrémité de ladite électrode de porte tout en étant séparées de cette dernière par une couche isolante. 2. Dispositif semi-conducteur du type à porte isolée 15 selon la revendication 1, caractérisé en ce que la région de source ou la région de drain est en forme de U alors que l'autre région est insérée à l'intérieur de la région en forme de U et en ce que, à l'extrémité ouverte de la région en forme de U, un élément d'arrêt du canal constitué par une région à haute concen-20 tration ayant une conductivité du même type que celle du substrat est formée de manière à fermer la partie d'extrémité ouverte à l'état de non-contact. 3. Dispositif semi-conducteur du type à porte isolée selon la revendication 2, dans lequel la porte a au moins deux élec- 25 trodes. 4. Dispositif semi-conducteur du type à porte isolée ayant une région de source et une région de drain disposées en parallèle sur un substrat semi-conducteur, une électrode de porte formée entre les deux régions et séparée de ces dernières par 30 un film isolant et un canal conducteur constitué par la couche d'inversion juste au-dessous de la porte, caractérisé en ce que quatre côtés dudit canal conducteur sont entourés par un élément d'arrêt de canal constitué par une région à concentration élevée ayant une conductivité du même type que celle du substrat et en 35 ce que ladite électrode de porte est disposée de telle manière qu'elle s'étend transversalement par rapport à la région de concentration élevée tout en étant séparée de cette dernière par un film isolant. 5. Dispositif semi-conducteur du type à porte isolée selon 40 la revendication 4, dans lequel la porte a au moins deux électrodes.