Brevet FR2133746A1 — publié le 19721201

La la oresente invention concerne des transIstors à effet de champ fla grille isolez en silicium polycristallin, fonctionnant par enrichissement ou appauvrissement et dans lesquels la vrille en silicium oolycristallin est dopée avec un matériau de type de conductivité N, tel que du phosphore. Dans un article intitulé "Ion Implantation Offers a Bagful of Benefits for MOS" (L'implantation d'ions offre de nombreuses solutions interessantes pour les transistors MOS) par John Macgoudall, Ken Manchester et Robert R. Palmer, publié dans la revue américaine "Electronics" du 22 Juin 1970, pages S6 à 9O,on peut trouver la description d'un inverseur forme d'un transistor fonctionnant par enrichissement, ou mode direct, et d'un transistor fonctionnant par appauvrissement, ou mode inverse. La principale différence entre le fonctionnement d'un transistor à mode direct et celui d'un transistor mode inverse est que le premier est bloqué quand une tension nulle est appliquée sur la arille et que le second est, dans ce cas, passant.L'inverseur ainsi fabriqué par implantation d'ions, c'est-à- dire une technique chère, comporte un transistor mode inverse formé en contre-contaminant le canal de manière à changer la conductivite de sa surface et obtenir ainsi un éliment dont le mode de conduction correspond une tension nulle sur la grille. La phase de la fahrication au cours de laqucîl on réalise la contre-contanination est plus chère en utilisant les techniques d'implantation des ions. In objet de la présente invention consiste à prévoir des dispositifs semi-conducteurs perfectionnés en utilisant la technologie de la grille en silicium polycristallin. Un autre objet de cette invention consiste à revoir un transistor effet de champ à mode inverse avec canal N en utilisant la technolozie de la grille en silicium polycristallin. Un autre objet de cette invention consiste à prévoir un dispositif mode direct à canal P et à seuil élevé ainsi qu'un dispositif à mode direct canal N et--à seuil-bas en utilisant la technologie de la grille en silicium po lycristallin. Encore un autre obiet de cette invention consiste à prévoir un inverseur perfectionné utilisant un-transistor à mode direct à canai N et un transistor à mode inverse à canal N en utilisant latechnolovie de la arille en silicium polycristallin. Suivant une caractéristintie de la présente invention, il est prévu un dispositif semi-conducteur comprenant au moins un premier transistor à effet de champ a arille isolée forme sur un substrat d'un premier type de conductivité, ledit transistor avant une source et un drain du type de conductivité opposé et un canal entre ladite source et ledit drain avec une couche diélectrique. par-dessus-. ledit canal, une grille en silicium polycristallin par-dessus ladite couche diélectrique, et des contacts ohmiques fixés auxdits drain, source et grille, dans lequel le perfectionnement consiste à utiliser une grille en silicium de type de conductivité Suivant une autre caractéristique de l'invention, ledit substrat est en matériau de type de conductivité P et lesdits drain et source en matériau de type de conductivité N pour former un dispositif à canal N mode inverse. Suivant une autre caractéristique de l'invention, un autre transistor à effet de champ est forme dans ledit substrat de type de conductivité P, la grille en silicium est de type de conductivité P pour former un dispositif à canal N à mode direct, et la source du dispositif a mode inverse est reliée électriquement au drain du dispositif à mode direct pour former un inverseur quand un signal d'entrée est appliqué à la grille du dispositif à mode direct, l'alimentation étant appliquée au drain du dispositif à mode inverse et la sortie étant prise entre la masse et le point commun à la source du dispositif à mode inverse et au drain du dispositif à mode direct. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent - la figure i, un transistor à effet de champ à grille en silicium polycristallin - la figure 2, un inverseur comprenant un dispositif à mode inverse à canal N et grille en silicium polycristallin et un dispositif à mode direct à canal N et grille en silicium polycristallin. Dans le transistor de la figure 1, on forme sur le substrat 1 un transistor à effet de champ à grille en silicium polycristallin à mode inverse et canal N. Le substrat 1 est, dans cet exemple, en silicium de type de conductivité P avec une orientation cristallographique et une résistivité d'environ 10 à 12 ohms par cm. On forme sur le substrat, par des techniques bien connues, une couche isolante 2 en bioxyde de silicium (Silox) d'une épaisseur d'environ 10 000 $. En utilisant des techniques photolithographiques connues, on forme un trou dans la couche isolante de champ 2 pour exposer la partie du substrat 1 sur laquelle sera constitué le dispositif final.On forme ensuite la couche isolante de grille 3 sur la surface de substrat exposée, par des techniques connues de croissance d'oxyde par effet thermique à sec, ce qui procure une charge d'interface faible, l'épaisseur de la couche de bioxyde étant de 1000 R. On dépose ensuite une couche de silicium polycristallin 4 sur la couche 3 d'une manière connue en utilisant la technologie de la zorille en silicium polycristallin. Cette couche 4 de silicium Dolvcristallin peut avoir une épaisseur d'environ 5000 On forme sur ces regions 5, 4 et 6 des contacts ohmiques 8, 9 et 10, par exemple en aluminium, selon une méthode connue. On obtient ainsi un dispositif à canal r à mode inverse réalisé en utilisant la même technologie courante de grille en silicium polycristallin que celle que lton utilisait pour fahriouer des dispositifs canal N à mode direct, sauf nue dans la formation du dispositif à mode inverse la couche 4 de silicium polycristallin reste exposée pendant la diffusion de la source et du drain. Ce dispositif à mode inverse est évidemment normalement passant et nécessite l'application d'une tension sur la arille pour entre bloque. Si le substrat i tait du type N, les régions source et drain dopées avec un matériau de type P et la grille 4 en silicium polycristallin toujours de tyne t, le dispositif obtenu serait un dispositif à mode direct seuil levé.L'avantage procuré en formant un dispositif à mode direct à canal P et à seuil élevé en convertissant en type # la couche de prille en silicium polycristallin tient encore au fait que la technologie est entièrement compatible avec la fabrication des dispositifs à mode direct, a canal P, à seuil faible et à grille en silicium polycrîstallin. Le dispositif à mode direct, à canal P et à seuil faible aurait une grille normale en silicium polycristallin de conductivité de type P. La figure 2 représente un inverseur comportant un transistor I à mode inverse et canal N formé sur un substrat 11 de type P comme on l'a vu à la figure 1. Le transistor TI est un transistor à mode direct et canal N également formé sur le substrat 11. La région 21 est fortement dopée avec un matériau de type P, tel que du bore, pour avoir une résistivité d'environ 5 ohms par cm et réaliser l'isolement entre les transistors voisins dans le substrat et particulièrement l'isolement entre les transistors I et II. L'isolant de champ 12 correspond à la couche 2 de la figure I et est formé de la même manière. Les couches d'oxyde de grille 13a et 13b des transistors I et Il correspondent à la couche 3 de la figure t et sont réalisées de façon identique.Les couches poly- cristallines 14a et 14b des transistors I et il sont formées comme la couche 4 de la figure 1 sauf bien sûr que la couche 14b reste de type P puisquton empêche le phosphore d'y être diffusé de manière que le transistor il puisse être du mode direct. Les régions 15a et 15b et les régions 16a et 16b des transistors I et Il sont respectivement formées comme la région source 5 et la région drain 6 de la figure 1. La couche 17 de SiO2 (figure 2) est formée de la même façon que la couche 7 de la figure 1 et pour les mêmes raisons.Les contacts ohmiques 18a et 18b correspondent au contact 8, les contacts 19a et 19b au contact 9 et les contacts 20a et 20b au contact 10. il faut noter que dans la figure 2 le contact de drain 20a du transistor I à mode inverse et le contact de source 18b dutransistor Il à mode direct sont reliés électriquement pour former la structure complète de l'inverseur. La réalisation de ces modèles de base est ainsi fondée sur le fait qu'un dispositif à mode inverse peut être formé en utilisant la technologie normale de grille en silicium polycristallin quand cette dernière est dopée avec un matériau de type N et, d'une manière semblable, qu'un dispositif à mode direct à canal P et à seuil élevé peut être réalisé en utilisant la technologie normale de la grille en silicium polycristallin quand cette couche est encore dopée avec un matériau de type N. Cette découverte offre une grande souplesse dans la conception de dispositifs de type ou mode différent, les méthodes utilisées dans leurs fabrications restant des méthodes bien connues. Il est bien évident que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être réalisées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif semi-conducteur comprenant au moins un premier transistor à effet de champ à arille isolée formé sur un substrat d'un premier type de conductivité, ledit transistor comportant une source et un drain du type de conductivité opposé et un canal entre ladite source et ledit drain, une couche diélectrique par-dessus ledit canal, une grille en silicium polycristallin nar-dessus ladite couche diélectrique, et des contacts ohmiques fixés auxdits drain, source et grille, caractérise en ce que ladite-grille de silicium est du type de conductivité N. 2. Dispositif semi-conducteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit substrat est du type P et lesdits drain et source du type N pour former un transistor à mode inverse et canal N. 3. Dispositif semi-conducteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite grille en silicium polycristallin est dopée avec du phosphore. 4. Dispositif semi-conducteur suivant la revendication i, caractérisé en ce que ledit substrat est du type N et lesdits drain et source du type P pour former un dispositif à mode inverse à canal P et à seuil élevé. 5. Dispositif semi-conducteur suivant la revendication 2, comprenant de plus un second transistor à effet de champ à trille isolée formé sur ledit substrat, caractérisé en ce que ledit second transistor, ayant une source et un drain de type N et un canal entre ladite source et ledit drain, comporte une couche diélectrique par-dessus ledit canal, une grille en silicium polycristallin par-dessus-la couche diélectriquej et des contacts ohmiques fixés auxdits drain, source et grille dudit secondtransistor, ladite grille en silicium polycristallin étant de type P pour former un transistor à mode direct et canal N. 6. Dispositif semi-conducteur suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la grille en silicium polycristallin duditTremier transistor est dopée avec du phosphore et que la grille en silicium polycristaîlin dudit second transistor est dopée avec du bore. 7. Dispositif semi-conducteur suivant la revendication S, caractérisé en ce que la source du premier transistor est reliée au drain du second transistor pour former un inverseur quand un signal d'entrée est appliqué à la grille du second transistor, une alimentation est appliquée au drain du premier transistor et quand la sortie est prise au point commun entre la source du premier transistor et le drain du second transistor.