Brevet FR2061685A1 — publié le 19710625

L'invention concerne un dispositif semiconducteur dont le corps semiconducteur comporte au moins un transistor â effet de champ à électrode-porte isolée, alors qu'au moins une surface dudit corps est recouverte au moins partiellement d'une couche isolante, une région de 5 substrat, d'un premier type de conduction, affleurant ladite surface de corps, ainsi que des zones électrodes, du type de conduction opposé, affleurant également ladite surface, appartenant aux électrodes d'alimentation et d'évacuation et séparées l'une de l'autre par ladite région de substrat, alors que sur la couche isolante, entre la zone d'électrode 10 d'alimentation et la zone d'électrode d'évacuation, on a élaboré au moins une électrode-porte, et que du côté du corps situé vis-à-vis de ladite surface, on a élaboré sur la région de substrat une couche servant de contact, munie d'un conducteur de connexion et raccordée gâlvaniquement à une des zones électrodes par l'intermédiaire d'un conducteur métallique 15 s1étendant à l'extérieur du corps semiconducteur. Des dispositifs équipés d'un transistor à effet de champ, tels que décrits ci-dessus, sont connus. Ledit conducteur métallique, placé dans l'enveloppe, est important dans de nombreux circuits, en particulier dans des circuits équipés de transistors à effet de champ 20 comportant plusieurs électrodes-portes. Bans ces circuits notamment, il est souvent désirable que l'électrode d'alimentation (la source) soit raccordée électriquement à la région de substrat. Toutefois, la pratique a permis de constater que dans de nombreux cas, les propriétés des transistors à effet de champ équipant 25 des dispositifs caractérisés par la construction connue décrite, laissent à désirer, en particulier en fréquence élevée. La présente invention vise, entre autres, à indiquer une construction simple dans laquelle les inconvénients inhérents aux constructions connues sont évités ou du moins réduits dans une mesure JO considérable. L'invention repose entre autres sur l'idée qu'en ce qui concerne son comportement électrique, le dispositif connu décrit ci-dessus est très sensible à la qualité de la liaison entre le corps semiconducteur et la couche servant de contact, et que par l'emploi d'une mesure 35 simple ne nécessitant pas de modifier la structure interne du corps semiconducteur, il est possible de perfectionner dans uns mesure considérable les propriétés électriques et les propriétés se rapportant à la technique de commutation. Par conséquent, conformément à l'invention, un disposi-40 tif du genre mentionné dans le préambule est remarquable en ce que sur 70 32896 2 2061685 ladite surface du corps semiconducteur, on a élaboré une couche métallique qui contacte ladite zone dîélectrode et la région ds substrat. Comparé au dispositif connu déjà décrit, le dispositif conforme à l'invention présente d'importants avantages. En effet, dans 5 ledit dispositif connu,, il se peut que par exemple un soudage défectueux du corps semiconducteur sur la couche servant de contact (pour laquelle on utilise généralement la base de l'enveloppe), le contact électrique entre ladite couche de contact et la région de substrat soit, du moins localement, plus ou moins redresseur. Le risque de la formation d'un tel 10 contact redresseur est encore agrandi du fait que généralement, pour optimaliser les propriétés électriques du transistor à effet de champ, la région de substrat a une résistivité assez élevée, ce qui facilite la formation de contacts plus ou moins redresseurs. Par suite d'un tel contact redresseur, il se peut qu'entre la couche de contact et les zones élec-15 trodes, il se forme une impédance telle que, particulièrement dans le cas de fréquences élevées, les propriétés électriques du dispositif soient influencées défavorablement, ce qui sera expliqué plus en détail ci-après. Par l'élaboration d'une couche métallique conforme â l'invention, la jonction p-n entre une zone devant servir de source et la 20 région de substrat étant ainsi court-circuitée à la surface, de sorte que la différence de potentiel entre les régions semiconductrices de part et d'autre de cette jonction soit toujours égale à zéro, on élimine quasi entièrement ledit inconvénient que constitue un contact défectueux entre la couche servant de contact et la région de substrat, l'élaboration de 25 la couche métallique conforme â l'invention, couche qui, sans l'idée constituant la base de l'invention, semblerait superflue, a donc comme résultat un perfectionnement considérable du comportement électrique du dispositif» Bien que la couche de contact, qui est le contact du 30 substrat, puisse être élaborée de façon à être séparée de la base de l'enveloppe, cette couche de contact pour des raisons constructives est de préférence formée par une base métallique sur laquelle est placé en bon contact électrique avec ladite base, le corps semiconducteur. Ledit conducteur métallique peut être fixé sur la. zone 35 d'électrode par l'intermédiaire d'un contact séparé. Pour simplifier la construction, on fait cependant généralement le nécessaire pour que ledit conducteur se raccorde â la couche métallique qui contacte la zone d'électrode et la région de substrat. A remarquer que l'on connaît une construction dans la-40 quelle à la surface, la zone de source et la fégion de substrat sont 70 32896 3 '2061685 court-circuitées par une couche métallique. En utilisant cette construction, il faut toutefois élaborer le contact de substrat sur cette couche métallique à l'aide d'un conducteur de connexion qui est guidé à l'extérieur à travers une ouverture isolante distincte pratiquée dans l'enve-5 loppe. En effet, dans cette construction, la base de 1'encapsulation ne peut pas être utilisée comme contact de substrat, étant donnée que par l'intermédiaire de la région de substrat de forte résistivité, en l'absence d'une liaison galvanique entre la base et la source, la résistance entre les zones servant d'électrodes et la base donnerait lieu à un dé-10 croissement inadmissible de la pente de flanc. Comparé au dispositif de construction connue, le dispositif conforme à l'invention simplifie donc grandement le montage et la forme de l'enveloppe. La description suivante, en regard des dessins annexés, le tout donné â titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention 15 peut être réalisée. La fig. 1 est une coupe transversale d'un dispositif de construction connue. La fig. 2 est une vue en plan du corps semiconducteur d'un dispositif conforme à l'invention. 20 La fig. 3 est une coupe transversale, suivant le plan III-III de la fig. 2, d'une partie du dispositif illustré sur la fig, 2 et muni de l'enveloppe correspondante. La fig. 4 donne la valeur réciproque de l'amortissement dé sortie en fonction de la fréquence de signal pour un dispositif conforme 25 à. l'invention, ainsi que pour un dispositif de construction connue. La fig. 5 donne la capacité de sortie en fonction de la fréquence de signal pour un dispositif conforme à l'invention, ainsi que pour un dispositif connu. Les figures 1, 2 et 3 sont schématiques, pour des rai-30 sons de clarté, on n'a pas représenté à la même échelle toutes les dimensions en particulier les épaisseurs. La fig. 1 est une coupe transversale illustrant une construction connue d'un dispositif comportant un transistor à effet de champ à électrode-porte isolée. Le dispositif est formé par un corps de 35 silicium 1 en forme de plaque, comportant un transistor à effet de champ à électrode-porte isolée. Ce transistor comporte une région de substrat 3f de type de conduction p, affleurant la surface 2 du corps, ainsi qu'une zone de source 4 et une zone de drain 5t de type de conduction n, qui affleure également la surface 2 et sont séparées l'une de l'autre par la 40 région 3« 70 32896 4 2061685 A la surface 2, le corps 1 en forme de plaque est recouvert d'une couche isolante 6 en oxyde de silicium. Sur cette couche 6, on a élaboré une électrode-porte 7 ayant la forme d'une couche d'aluminium, munie d'un conducteur de connexion 8. 5 La zone de drain 5 est munie d'un contact de connexion 9 ayant la forme d'une couche d'aluminium munie d'un conducteur de connexion 10. La zone de source 4 est munie d'une couche 11 formant un contact en aluminium. A l'aide d'une couche de soudure 13» la région de sub-10 strat 3 est fixée sur une base métallique 14 munie d'un conducteur de connexion 15. Les conducteurs de connexion 8 et 10 traversent le capot 47 de l'enveloppe et en sont isolés. Le conducteur de connexion 15 est raccordé à la région de substrat 3 et à la zone de source 4 à travers un conducteur métallique 15 16 qui contacte tant la base 14 que la couche métallique 11. Lorsque le soudage présente des défauts, la jonction 17 entre la région 3 et la couche de soudure 13 peut être plus ou moins redresseurs. Lorsqu'il en est ainsi, par exemple l'impédance formée par le montage en série comportant la capacité de la jonction p-n 12, la jonction 20 bloquante 17 et la résistance de la partie intermédiaire de la région de substrat 3, peut être gênante en particulier pour des fréquences élevées, et influencer défavorablement entre autres la conductance de sortie et la capacité de sortie par des effets de réaction indésirables. La fig. 2 est une vue en plan et la fig. 3 une coupe 25 transversale suivant le plan III-III de la fig. 2 d'une partie d'un dispositif conforme à l'invention. Ce dispositif est un transistor MOS-tétrode, comportant deux électrodes-portes et fig» 2 ne représente que les couches de contact en aluminium, hachurées, des électrodes. Le contact de la source S (voir la fig. 3) est formé par la couche 41» la première 30 électrode-porte par la couche 37» la deuxième électrode-porte Gg par la couche 48» et le contact du drain D par la couche 39. Ces couches d'aluminium sont situées sur une-couche 66 en oxyde de silicium, alors que les couches 41 et 39 sont raccordées aux zones de source et de drain à travers des fenêtres pratiquées dans cette couche d'oxyde (voir la fig. 3). 35 La région de substrat 33 (voir la fig. 3) est en sili cium de type de conduction p, présentant une résistivité de 10 ohm.cm. Suivant un procédé couramment utilisé dans la technique des semiconducteurs on a diffusé dans ce silicium les régions 34» 35 et 49» de type de conduction n. La région 34 est la zone de source, la région 35 la zone de flrain, 40 et la région 49 le caisson, de sorte que les canaux de courant formés 70 32896 5 2061685 sous les électrodes-portes 57 et Gg (48) communiquent entre eux# A l'aide d'une couche d'or 43, la plaque de silicium (voir la fig. 3) est soudée sur une "base 44 formée par un alliage doré de fer, de nickel et de cobalt, par exemple le fernico, cette base étant 5 munie d'un conducteur de connexion 45, alors que sur la base est élaboré -un capot 47 représentée schématiquement sur la fig. 3. Par l'intermédiaire de conducteurs de connexion traversant des ouvertures isolées pratiquées dans le capot 47» les électrodes-portes 37 et 48 et le drain 39 parviennent à l'extérieur, comme le montre schématiquement la fig. 3. En 10 réalité, ces conducteurs de connexion sont fixés sur les surfaces de contact indiquées par , Gg et D sur la fig. 2, et appartenant aux couches d'aluminium 37» 48 et 39 Là structure décrite ci-dessus en ce qui concerne le corps semiconducteur est couramment utilisée pour des tétrodes MOS, et pour cette raison, on ne traitera pas plus en détail les dimen-15 sions et la fabrication, sans signification pour la présente invention. La couche d'aluminium 41 qui contacte la zone de source est raccordée (voir la fig. 3) â. la base 44 à. l'aide d'un fil d'aluminium 50. Conformément à l'invention, ladite couche 41 contacte tant ladite zone 34 «lue la région de substrat 33» de sorte que la jonction p-n 42 entre 20 celles-ci est court-circuitée à la surface. PQur donner une idée du perfectionnement des propriétés électriques obtenues par la mise à profit de l'invention, on a donné sur les figures 4 et 5 les résultats des mesures comparatives de deux paramètres électriques en fonction de la fréquence de signal: les courbes A 25 se rapportent au transistor MOS décrit en référence aux figures 2 et 3» et les courbes B à un transistor MOS identique, dans lequel toutefois la couche d'aluminium 41 ne contacte pas la région de substrat 33, la jonction p-n 42 n'étant donc pas court-circuitée à la surface. Sur la fig. 4» on a représenté en abscisses, et à échelle 30 logarithmique, la fréquence de signal, tandis qu'en ordonnées, on a représenté à échelle linéair-e la conductance de sortie (output conductance) g , qui de manière habituelle est définie comme OS (dIL) T, „te S = \t v „ = c , 6os dVD g1 1 expression dans laquelle Ijj est l'intensité du courant entre les zones de 35 source et de drain, la tension entre ces zones, et Y ^ la tension entre la première électrode-porte et la région de substrat raccordée à la source. Les mesures en question ont été effectuées en présence des tensions suivantes: 70 32896 6 2061685 Ïënsioiï TjjS entre la source et le drain = 13 volts. Tension Vq2S en^re 1'électrode-porte G9 et la source * +4 V. La tension entre la première électrode-porte et la source a été ajustée de façon à donner une intensité de courant de drain 5 Ip = 4 mA. La fig. 4 permet de se rendre compte que dans la construction connue (B), la conductance de sortie augmente déjà fortement â partir de 5 la fréquence 10 Hz environ, tandis que dans le dispositif conforme à l'invention, la conductance de sortie reste pratiquement constante jusqu'à 7 des fréquences situées dans le voisinage de 10 Hz. 10 Sur la fig. 5» on a représenté en abscisses, et à échelle logarithmique, la fréquence de signal, et en ordonnées, à échelle linéaire, la capacité de sortie CQg, c'est-à-dire la capacité existant entre le drain d'une part et le substrat et la source d'autre part, et mesurée pour les mêmes tensions et les mêmes intensités de courant que 15 sur la fig. 4. Pour la construction connue (b), la capacité de sortie est fortement fonction de la fréquence, tandis que pour la construction (A), conforme à l'invention, ladite capacité est pratiquement constante et atteint seulement quelques pF, également pour des basses fréquences. Bien que l'invention soit décrite à l'aide d'une forme 20 de réalisation et d'application déterminée, le technicien pourra en réaliser de nombreuses variantes sans sortir du cadre de l'invention. Il peut par exemple être recommandable parfois que pour perfectionner le contact entre la couche métallique 41 (voir la fig. 3) et la région de substrat 33» une diffusion de contact soit effectuée à la surface, cette 25 diffusion étant caractérisée par le même type de conduction que celui de la région de substrat mais par une plus forte concentration de dopage. Cette façon de faire n'entraîne aucune opération de diffusion supplémentaire dans les cas où, de toute façon, une telle diffusion est indispensable pour l'élaboration de zones additionnelles dans le corps semicon-30 ducteur. Dans cet ordre d'idées, on attire particulièrement l'attention sur le fait que l'invention concerne également des circuits monolithiques intégrés comportant un ou plusieurs transistors à effet de champ à électrode-porte isolée. Le conducteur métallique qui raccorde une des zones servant d'électrodes à la base de 1'encapsulation ne doit pas être né-35 cessairement formé par un fil, mais peut être constitué également par une bande métallique déposée par évaporation et séparée du corps semiconducteur par \me couche isolante. De plus, le nombre d'électrodes de commande d8un transistor à effet de champ est sans importance pour la mise à profit de l'invention, tandis qu'au lieu d'utiliser du silicium, on peut également 40 utiliser d'autres matériaux semiconducteurs, par exemple le germanium ou 70 32896 7 2061685 des composés A^^-By , de même qu'au lieu d'utiliser de l'oxyde de silicium pour les couches isolantes, on peut utiliser aussi d'autres matériaux, par exemple le nitrure de silicium et/ou l'oxyde d'aluminium. 70 32896 8 2061685 BEVENDICATIONS: 1. Dispositif semiconducteur dont le corps semiconducteur comporte au moins un transistor à effet de champ à électrode-porte isolée alors qu'au moins une surface dudit corps est recouverte au moins par- 5 tiellement d'une couche isolante, une région de substrat, d'un premier type de conduction, affleurant ladite surface de corps, ainsi que des zones électrodes, du type de conduction opposé, affleurant également ladite surface, appartenant aux électrodes d'alimentation et d'évacuation et séparées l'une de l'autre par ladite région de substrat, alors que sur 10 la couche isolante, entre la zone d'électrode d'alimentation et la zone d'électrode d'évacuation, on a élaboré au moins une électrode-porte, et que du côté du corps situé vis-à-vis de ladite surface, on a élaboré sur la région de substrat une couche servant de contact, munie d'un conducteur de connexion et raccordée galvaniquement à une des zones électrodes par 15 l'intermédiaire d'un conducteur métallique s'étendant à l'extérieur du corps semiconducteur, caractérisé en ce que sur ladite surface du corps semiconducteur, on a élaboré une couche métallique qui contacte ladite zone d'électrode et la région de substrat, 2. Dispositif semiconducteur selon la revendication 1, 20 caractérisé en ce que la couche servant de contact est formée par une base métallique sur laquelle est placé, en bon contact électrique avec ladite base, le corps semiconducteur. 3. Dispositif semiconducteur selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit conducteur métallique se raccorde à 25 ladite couche métallique contactant à la fois la zone d'électrode et la région de substrat.