Brevet FR2131994A1 — publié le 19721117

La présente invention concerne une structure de condensateur pouvant être utilisée dans les circuits monolithiques et, plus particulièrement, des condensateurs combinés dans lesdits circuits avec des transistors à effet de champ. 5 Le brevet des E.U.A 3 564 290 décrit un transistor à effet de champ qui est muni d'un condensateur de réaction connecté entre sa région source et son électrode de commande (grille] pour élever la tension sur l'électrode de commande au fur et à mesure qu'augmente la tension de la région drain et ainsi cette régénération permet alors l'usage de faibles potentiels sur 10 l'électrode de commande et ainsi commander des potentiels élevés entre la source et le drain. Ce brevet des E.U.A décrit comment est formé ce condensateur en disposant l'électrode de commande du transistor à effet de champ (FET) au-dessus d'une partie de la région source du transistor FET et, ainsi comment fournir ladite capacité de réaction nécessaire. Tandis que cette 15 structure de condensateur est possible dans de nombreux procédés employés dans la fabrication des circuits FET, il n'est pas possible d'utiliser ladite structure avec certains procédés, tels que le procédé de fabrication de transistors à électrode de commande au silicium. Dans la fabrication d'un circuit FET au moyen du procédé à électrode de commande au silicium, une 20 couche de silicium est placée sur une mince couche d'isolement appliquée sur un substrat au silicium. Les couches d'isolement et de silicium sont ensuite attaquées, ou décapées, dans les zones où les diffusions source et drain de l'élément FET doivent être faites dans le substrat. Une fois les diffusions faites et le procédé de fabrication terminé, la couche de silicium 25 est utilisée en tant qu'électrode de commânde de l'élément FET. Ainsi, il peut être observé que, dans le procédé à électrode de commande au silicium, il est extrêmement difficile que la diffusion soit dans une grande mesure, sous-jacente à l'électrode de commande d'un élément FET. En conséquence, il est hors de question de construire le condensateur de réaction entre 30 l'électrode de commande et la région de diffusion de la manière décrite dans le brevet mebtionné ci-dessus. En conséquence, et conformément à la présente invention, il est formé une nouvelle structure de condensateur qui est compatible avec tous les moyens connus de fabrication des transistors FET y comDris le procédé à 35 électrode de commande au silicium, procédé également connu dans la technicue sous le terme de procédé à électrode de commande auto-alignée. Dans cette nouvelle structure, une portion de la couche de silicium continue de recouvrir une zone non diffusée du substrat. Il est adjacent à cette portion de couche de silicium une diffusion qui forme une jonction redresseuse avec le substrat 40 situé sous ladite portion de la couche de silicium mentionnée. Lorsqu'un 72 07621 2 2131994 potentiel de polarité appropriée est appliqué entre la diffusion et la portion de la couche au silicium, une couche de charge est créée en-dessous de l'électrode sous l'effet à partir du potentiel du substrat. Cette couche de charge neutralise la jonction redresseuse de la diffusion adjacente de sorte que 5 la diffusion et la couche de charge forment ensemble la seconde plaaue du condensateur. En conséquence, un objet de la présente invention consiste à fournir une nouvelle structure de condensateur. Un autre objet de la présente invention consiste à fournir une structure 10 de condensateur qui peut être formée simultanément avec des transistors à effet de champ sur des substrats monolithiques. Un autre objet de la présente invention consiste à fournir une structure de condensateur perfectionnée. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention 15 ressortiront mieux de l'exposé qui suit, fait en référence au dessin annexé à ce texte, qui représente un, mode de réalisation préféré de celle-ci. La figure 1 représente un schéma électrique d'un circuit comprenant en combinaison un condensateur et un transistor FET. La figure 2 représente une structure du circuit de la figure 1 lors-20 qu'elle est fabriquée conformément aux principes de la présente invention. La figure 3 représente une vue en coupe suivant les lignes 3-3 de la figure 1, et La figure 4 représente un graphique montrant la variation de la capacité en fonction de la tension d'un condensateur formé conformément à la présente 25 invention. Dans de nombreux cas, il est vivement souhaitable de former un condensateur entre deux bornes d'un transistor à effet de champ comme par exemple, sur la figure 1, où un condensateur 10 est formé entre les bornes de l'électrode de commande et de la source du transistor FET 12. Jusqu'ici, il était 30 d'usage courant de former ce condensateur 10 entre l'électrode de commande et la source en faisant en sorte que l'électrode de commande, qui est un conducteur, recouvre une partie de la diffusion source du transistor FET et ainsi le conducteur de l'électrode de commande forme une plaque du condensateur et tandis que la diffusion source forme l'autre plaque du condensateur 35 et que la couche d'oxyde entre l'électrode de commande et la diffusion source constitue l'élément diélectrique du condensateur. Dans certains procédés, tels que le procédé à électrode de commande au silicium, la formation de cette manière d'un condensateur en combinaison avec un transistor FET n'est pas possible. Dans le procédé à électrode de 40 commande au silicium, une couche au silicium est appliquée sur une couche 72 07621 3 2131994 d'oxyde placée sur un petit bloc monolithique. La couche au silicium est ensuite attaquée dans les zones où doivent être faites les diffusions source et drain, et les sections restantes de la couche de silicium sont utilisées en tant que zones d'électrode de commande pour le transistor à effet de champ et Dour les connexions. Il peut alors être observé que les électrodes de commande ne peuvent pas, dans une large mesure, recouvrir la diffusion drain et, alors le condensateur à réaction 10 ne peut pas être formé de la manière décrite ci-dessus donc quand il est fait usage du procédé à électrode de commande au silicium. □ans la présente invention, un condensateur est formé de la façon représentée sur les figures 2 et 3 et de manière à être compatible au procédé à électrode de commande au silicium. La couche de silicium recouvrant la mince couche d'oxyde 14 est divisée en deux sections, au moyen d'un procédé de décapage, une première section 16 formant l'électrode de commande du transistor à effet de champ 12 et une autre section 16 formant une des plaques du condensateur 10. La couche d'oxyde 14 est ensuite éliminée pour former deux petites bandes pour la formation des diffusions source et drain. Les diffusions 20 et 22 de type IM sont ensuite faites dans le substrat 24 de type P pour former lesdites diffusions. Une fois les diffusions réalisées, il est formé une épaisse couche d'oxyde 26 pour recouvrir toute la structure et elle est décapée par endroits pour recevoir la métallisation et former les contacts métalliques 28, 30, 32 et 34 respectivement appliqués au drain à la source, è l'électrode de commande et la plaque. Les contacts 32 et 34 de l'électrode de commande et de la plaque sont reliés par une bande métallique 36 afin d'assurer la connexion électrode de commande-condensateur et un potentiel négatif -V est appliqué au substrat 24 par une couche métallique 40 afin de fournir la polarisation du substrat. Ensuite, lorsque la borne source 30 est rendue négative par rapport à la borne de l'électrode de commande 32 ou 34, les charge sont tirées sous la plaque 18 à partir de la source de polarisation de substrat -V, fournissant une couche à charges négatives sous la plaaue 18. Cette charge négative neutralise la jonction redresseuse de la diffusion source 20 adjacente à la plaque 18, de sorte aue la diffusion source 20 et la couche de charges négatives 38 forment une seconde plaque continue conductrice du condensateur et que la mince couche d'oxyde 14 sous la plaaue 18 forme l'élément diélectrique du condensateur. La capacité de ce condensateur (entre la plaaue 16 et la diffusion 2C) est fonction du potentiel et varie conformément à la courbe de la figure 4. Lorsque le potentiel entre la plaque 16 et la diffusion 20 est nul, la capacité est négligeable. Cependant, au fur et à mesure que la tension appliquée entre l'électrode de commande et la cathode augmente, la capacité augmente de 72 07621 4 2131994 façon sensible jusqu'au moment où il est atteint un potentiel où la capacité predd une valeur à peu près constante. Il s'est avéré que, dans la fabrication des condensateurs de la manière décrite ci-dessus, il pouvait être obtenu des capacités supérieures à celles obtenues selon les autres moyens de fabri-5 cation de condensateurs sur des petits blocs monolithiques. Dans la fabrication de la structure d'un condensateur monolithique, il peut être utilisé un niveau d'impuretés normal pour les transistors FET. Par exemple, le substrat P peut avoir une concentration d'impureté de 10 3 cm tandis que les diffusions 20 et 22 et les couches conductrices 16 et 10 18 peuvent avoir une concentration d'impuretés de 102QaVcm3. Le trajet de courant alternatif de la couche conductrice 18 à la diffusion 20 a une impédance élevée par suite de la présence de la jonction redresseuse. Cependant, comme cela a été mentionné plus haut, les charges négatives attirées sous la plaque conductrice forment un conducteur qui abaisse l'impédance 15 de ce trajet et crée un condensateur entre la plaque 18 et la diffusion 20. Il est à noter quep bien que le condensateur soit décrit en regard d'un procédé à électrode de commande au silicium, il peut être fabriqué en utilisant d'autres procédés et il peut être utilisé partout où il est 20 requis une capacité élevée ou un condensateur polarisé; ces applications supplémentaires comprennent le renforcement de la capacité du noeud d'emmagasinage dans les cellules d'emmagasinage stables en courant alternatif. Sur le dessin, la diffusion 20 passe uniquement sur un côté de la plaque 18. Cependant, si besoin est, la diffusion peut se prolonger sur plus d'un 25 côté de la plaque 18 et peut, en fait, entourer la plaque 18. Elle peut également être divisée en deux ou plusieurs sections qui sont maintenues au potentiel. 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 30 y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles, sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. 72 07621 5 2131994 REVENDICATIONS 1.- Structure de condensateur à deux bornes, caractérisée en ce qu'elle comprend : un corps de matériau semiconducteur d'un premier type de conductivité 5 comportant une face supérieure et une face inférieure, une région d'un second type de conductivité opposé audit premier type, formée dans ledit corps à partir de la fece supérieure dudit corps, ladite région et ledit corps formant une jonction redresseuse, une couche mince d'isolement recouvrant une portion de ladite face 10 supérieure dudit corps et au voisinage de ladite région pour former l'élément diélectrique du condensateur, une couche conductrice recouvrant ladite couche mince d'isolement pour former la première plaque du condensateur, des moyens d'application de tensions pour porter ledit corps à un poten-15 tiel de polarité correspondant audit second type de conductivité, des moyeas d'application de tensions à la fois à ladite région et à ladite couche conductrice pour créer une couche de charges sous-jacente à ladite couche conductrice, neutraliser ainsi une portion de ladite jonction redresseuse et donc se comporter comme l'autre plaque dudit condensateur. 20 2.- Structure selon la revendication 1, dans laauelle la région dudit second type de conductivité est une zone de diffusion d'un transistor à effet de champ à électrode de commande isolée associée. 3.- Structure selon la revendication 2, dans laquelle ladite diffusion choisie parmi une pluralité de diffusions est la diffusion source dudit 25 transistor à effet de champ à électrode de commande isolée associée. 4.- Structure selon la revendication 3, dans laquelle ladite couche conductrice est électriquement couplée à l'électrode de commande dudit transistor à effet de champ à électrode de commande isolée associée.