Brevet FR2110392A1 — publié le 19720602

La présente invention concerne -un dispositif semi-conduc-teur comportant sur le même corps semi-conducteur plusieurs composants munis d'une électrode de commande séparée de ce corps semiconducteur par une couche isolante et doués de propriétés, ou carac-5 téristiques, électriques différentes. De tels dispositifs semi-conducteurs ne sont pas nouveaux. On connaît des inverseurs et circuits logiques de technique statique à un seul canal qui renferment des transistors MOS du type à enrichissement. La structure de tels éléments logiques est 10 relativement simple, car la partie active et la partie passive s'y composent l'une et l'autre de transistors MOS du même type de conduction. Les impulsions de sortie desdits éléments logiques présentent des flancs de montée et de descente différents, ce qui est désavantageux pour diverses applications. 15 On a élaboré en conséquence des éléments de technique dite complémentaire. De tels éléments logiques sont connus d'après l'ouvrage "Characteristics and Opérations of MOS Pield-Effect Devices", Me Graw-Hill Book Company, N.Y.,§ 7.9. Ils comportent des éléments de commutation toujours voisins sur une zone dont l£ 20 conductibilité est opposée à celle du corps serai-conducteur commun» Ces zones peuvent être obtenues ou bien par ce que l'on appelle la technique de contre-dopage ou bien par comblement de cavités, dans le corps semi-conducteur, par un matériau semi-conducteur de conductibilité opposée. Dans la réalisation d'un tel dispositif semi-con-25 ducteur par contre-dopage du corps semi-conducteur, on utilise en général des processus de diffusion avec masquages appropriés pour former localement des zones de type de conduction déterminé à la surface du corps semi-conducteur. On crée, par des procédés photographiques, des motifs 30 de masquage constitués par un oxyde, par exemple l'oxyde de silicium, au moyen desquels on obtient, après diffusion d'une substance de dopage appropriée, différentes zones, de formes et dimensions voulues, ayant un type de conduction opposé à celui du matériau de substrat. On cherche en même temps à réaliser, d'une part, det, 35 zones d'un type de conduction déterminé pour différents éléments de commutation autant que possible par un seul processus de diffusion et à adapter, d'autre part, autant que possible aussi le processus de diffusion, en vue de l'établissement d'une telle zone pour un élément de commutation déterminé, aux caractéristiques vou-40 lues pour ledit élément. On ne peut cependant pas obtenir d'élé 71 36661 2 2110392 ments de commutation de même genre mais de caractéristiques différentes par diffusion de la même substance de dopage en une opération commune à tous. On peut à vrai dire effectuer plusieurs opérations de diffusion avec le même type d'impureté, mais il faut alors uti-5 liser pour chacune d'elles un masquage distinct. Une préparation aussi compliquée yend l'unité de commutation fort coûteuse. Aussi a-t-on proposé, selon la prépublication allemande n° 1564 406, d'user de l'influence connue que la couche d'oxyde comprise entre l'électrode de commande et le corps semi-conducteur 10 exerce sur les caractéristiques du circuit de commande du dispositif semi-conducteur et d'obtenir les différences de caractéristiques entre les éléments de commutation, sur un même substrat commun et avec une même structure de matériau, par diversification des caractéristiques de la couche isolante. Les couches d'oxyde de ces dis-15 positifs semi-conducteurs connus peuvent différer dans leur composition. On peut aussi faire varier les caractéristiques par des différences quant à l'application et/ou au traitement, en particulier ultérieur, des couches d'oxyde. On obtient par ce procéc j connu la conduction différente au moyen de variations dans la réa-20 lisation ou le traitement de la couche, isolante. L'invention a elle aussi pour objet un dispositif semiconducteur comportant sur un même support des éléments de commutation différant entre eux par leurs caractéristiques de conduction» Bile repose sur cette constatation nouvelle que l'on peut également 25 obtenir de telles différences par le jeu des caractéristiques physiques de la couche limite entre le matériau d'électr^s et la couche isolante. I Ce dispositif semi-conducteur est caractérisé par le fait que le potentiel de contact sur la couche limite entre isolant et 30 électrode de commande diffère d'un des divers composants à l'autre. On choisit le matériau de la couche isolante et celui de l'électrode de commande, contiguë, de chaque élément de commutation en sorte que le travail de sortie des électrons varie suivant les dxvers tels éléments. Ceux-ci peuvent cependant comporter tous le même 35 isolant: on obtient alors les différences de potentiel de contact par le seul choix approprié du matériau d'électrode. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée d'un mode de réalisation illustré par le dessin annexé, qui représente schématiquement une partie d'un dispositif 40 semi-conducteur selon ladite invention. 71 36661 3 2110392 le substrat de ce dispositif est un corps semi-conducteur 2 constitué par exemple par du silicium, du germanium ou de l'arsé-niure de gallium et devant recevoir sur une face deux transistors MOS dont on s'est borné à représenter les électrodes de commande et 5 les zones précédant les électrodes de source et de drain. le corps semi-conducteur 2 est muni en premier lieu d'une couche d'oxyde épaisse 4 constituée par un matériau isolant électrique, par exemple par du bioxyde de silicium SiOg. On ménage ensuite des cavités dans cette couche et l'on pose dans chacune d'elles une électrode de 10 commande 6, 8 séparée du corps semi-conducteur 2 par une couche isolante 10, 12. On établit en outre, de façon connue, des zones 14, 15 ou 17, 18 en avant des électrodes de source et de drain, non représentées, de chaque élément de commutation, cela par exemple par diffusion d'un matériau produisant un dopage opposé au type de 15 conduction du corps semi-conducteur 2. On peut par exemple constituer les couches isolantes 10 et 12 du même matériau, à savoir d'oxyde de silicium, et prendre alors de préférence comme matériau d'électrode l'aluminium pour l'électrode 6 et du silicium polycristallin pour l'électrode 8. 20 le travail de sortie des électrons étant plus faible sur la couche limite d'aluminium 6 que sur la surface limite de silicium 8, on obtient aussi ainsi une différence appropriée des tensions de bande mince. les couches isolantes des différents éléments de commuta-'25 tion du dispositif selon l'invention ne sont cependant pas nécessairement constituées par le même matériau. Il peut au contraire être avantageux d'utiliser le cas échéant des couches isolantes différentes,^^ exemple une couche de nitrure de silicium avec une électrode/ou^d'oxyde d'aluminium avec une électrode de nickel. 3° Il importe seulement que le travail de sortie diffère d'un matériau d'électrode à l'autre. 71 36661 4 2110392 REVENDICATIONS 1. Dispositif semi-conducteur comportant sur le même corps semi-conducteur plusieurs composants munis chacun d'une électrode de commande séparée de ce corps semi-conducteur par une couche isolante et doués de propriétés, ou caractéristiques, électriques différentes caractérisé par le fait que le potentiel de contact sur la couche limite entre isolant et électrode de commande diffère d'un des divers composants à l'autre. 2. Dispositif semi-conducteur selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'électrode de commande est en métal' dans une partie des composants et en matériau semi-conducteur dans une autre. 3. Dispositif semi-conducteur selon la revendication 2 avec même couche isolante, en oxyde de silicium, dans les divers composants caractérisé par le fait que l'électrode de commande d'un ou de plusieurs des composants est en aluminium et celle des autres en silicium polycristallin dopé.