Brevet FR2316800A1 — publié le 19770128

La présente invention se précoccupe, de façon générale, de régulariser la tension de seuil d'une pluralité de transistors à effet de champ (FET) portes sur un bloc ou support semiconducteur, et elle se rapporte plus particulièrement à un circuit de polarisation de support amélioré comprenant une pompe de charge de bloc qui injecte une quantité variable de charge dans le support pour produire une tension de polarisation de support variable destinée à régler automatiquement la tension de seuil du FET à une valeur prédéter- mi née. Une pluralité desdits blocs ou supports semiconducteurs peuvent être fabriqués de façon à avoir essentiellement la même tension de seuil, sans que les variations de caractéristiques d'un bloc à l'autre interviennent.Des circuits permettant de fournir la polarisation du support sans alimentation séparéêe du support, et l'utilisation de la contre-réaction par la tension de polarisation du support pour établir la tension de seuil d'un dispositif MOSFET d'un bloc à une valeur spécifique, sont connus dans l'art antérieur. En outre on a combiné ces deux principes dans un équipement plutot complexe, et l'on connait une pompe à charge à effet de champ, de bloc, destinée à injecter une charge dans le support ou bloc semiconducteur, et des moyens pour bloquer la tension de polarisation de support résultante à un niveau désiré prédéterminé, dans un support particulier. L'objet essentiel de l'invention est, en conséquence, de fournir un circuit de polarisation de support amélioré qui assure la régularisation automatique de la tension de seuil de FET dans une pluralité de blocs. Un objet plus particulier de l'invention est de fournir un appareil et un procédé améliorés et simplifiés pour régler la tension de seuil de FET sur un bloc semiconducteur en utilisant un circuit de pompe de charge de bloc pour créer une tension de polarisation de support, sans alimentation séparée, et pour régler automatiquement la tension de polarisation de support afin de fournir une tension de seuil de FET prédérerminée sur une pluralité de blocs. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de l'exposé qui suit fait en référence aux dessins annexés à ce texte, qui représentent un mode de réalisation préféré de celle-c#. La figure lA est un diagramme schématique représentant une réalisation dlun bloc semiconducteur comprenant un circuit de polarisation de support amélioré de l'invention. La figure 1B représente les formes d'onde de tension appliquées aux deux plaques de phase représentées dans la figure lA; La figure 1C est un diagramme schématique représentant une variante de la réalisation représentée dans la figure 1A; La figure 2 est un diagramme schématique d'une autre réalisation de 1 'inven- tion; la figure 3A est un diagramme schématique d'encore une autre réalisation de l'invention; la figure 3B représente les formes d'onde des tensions appliquées aux deux plaques de phase de la réalisation représentée dans la figure 3A; La figure 4 est un graphique représentant la variation de la tension de seuil en fonction de la tension de support; La figure SA représente les formes d'onde correspondant a un fonctionnement de l'invention;; la figure 5B représente les formes d'onde correspondant à un autre fonctionnement de l'invention; la figure SA est un diagramme schématique d'une réalisation améliorée de l'invention; et la figure 6B représente les formes d'onde utilisables avec la réalisation de la figure 6A. La présente invention sera décrite en se référant à la technologie des CCD et des MOS FET qui est bien connue des spécialistes et dont des descriptions peuvent être trouvées dans de nombreuses sources, telles que C.M. Sequin et M.F. Tompsett : Charge Transfert Devices (dispositifs à transfert de charge) Supplement to Advances in Electronics and Electron Physics, Academic Press, N.Y. 1975, et R.S. Cobhold: Theory and Applications of Field Effect Transistors (Theorie et application des transistors à effet de champ), Wiley-Interscience, N.Y. 1970. La figure 1A est un diagramme schématique partiel d'un bloc ou support semiconducteur 1. Chacun, d'une pluralité desdits blocs semiconducteurs est porteur d'une pluralité de dispositifs MOS à effet de champ (MOSFET'S), tel que le MOSFET 2. Un circuit de pompe de charge MOSFET 3 est également disposé sur le support 1 et comprend une diffusion 4 et les structures de portes ou de plaques de phase isolées + 1 et #2. Le numéro de référence 5 indique une région de canal de FET sous la plaque de phase 1, et le numéro de référence 6 indique un puits de potentiel de CCD (dispositif à couplage de charge) en-dessous de la plaque de phase #2. Il conviendra de remarquer que chacun des blocs d'une pluralité desdits blocs faits du même matériau semiconducteur peut être différent des autres du fait de variations de la résistivité de la région de support, de la charge d'oxyde, de variations de l'épaisseur d'oxyde pendant la fabrication, et d'autres causes. L'application de la même tension de polarisation de support à chacun des blocs se traduira, bien entendu, par une tension de seuil différente. pour chaque bloc, du fait des variations mentionnées ci-dessus. Si les tensions de seuil ne sont pas stabilisées de quelque façon, les circuits associes à chaque bloc doivent être conçus de manière à tenir compte des points extrêmes de tension de seuil qui résultent des différences inhérentes à chaque bloc. Le circuit de polarisation de support amélioré de l'invention est conçu pour surmonter ce problème en appliquant différentes tensions aux différents supports afin d'obtenir substantiellement la même tension de seuil pour les dispositifs MOSFET de chacun des blocs. Pour atteindre ce résultat, le circuit amélioré de cette invention utilise le principe de la pompe de charge pour générer une tension de support, et régularise cette tension de façon à établir la tension de seuil d'un dispositif FET fabrique dans ce support à une valeur prédéterminée, cette valeur étant constante d'un bloc à l'autre. Plus particulièrement, si l'on se reporte aux figures 1A et 1B, la diffusion 4 est à la masse, et le support est électriquement flottant.Les tensions soumises à chronologie représentées dans la figure 1B sont appliquees aux plaques-de phase 1 et #2. Plus particulière- ment encore, la tension V est appliquée à la plaque de phase 61, et la tension est appliquée à la plaque de phase #2#. V est, en outre, essentiellement la tension de seuil désirée ou prédéterminée VT. Les deux tensions de phase sont soumises à une chronologie plus ou moins simultanée mais dont le moment n'est pas important, aussi longtemps que le courant de fuite de puits est négligeable. Autrement, la tension 1 de phase 1 est mise en circuit d'abord ainsi que le représente la figure 1B.Il est également à remarquer que la tension de phase 2, V , est d'une amplitude un peu plus grande que Vf Ainsi qu'il est signalé##i-dessus, la tension V est essentiellement égale à la valeur désirée de la tension de seuil du dispositif MOSFET 3, VT, alors que la tension Vf est une tension plus haute.Lorsque ces tensions sont appli quées aux plaque Se phase cpl et #2, une région de canal 5 est formée sous la plaque de phase ##, et un puits de CCD 6 est créé sous la plaque de phase #2. La charge de CCD s'écoule à partir de la diffusion mise à la masse, passe la plaque de phase #1, en traversant la région de canal 5, et entre dans le puits de CCD 6, remplissant le puits au potentiel de la diffusion 4. Dans le cas d'un dispositif MOSFET à support p- et à canal n-3, tel que celui représenté dans la figure ZA, cette charge est négative (-). La tension est alors coupée (ce qui élimine la région de canal 5) et Vf est coupé. Il en résulte que le puits de CCD 6 situé sous la plaque de phase #2 disparait (bien qu'il ne soit pas nécessaire qu'il disparaisse complètement), injectant, de ce fait, la charge négative dans le support 1, abaissant, de ce fait, son potentiel et réalisant un potentiel de support plus négatif. Avec la répétition de ce cycle de passage/blocage, une tension négative se constitue dans le-support, laquelle, à son tour, par l'effet du support ou le contre-effet de polarisation de porte, accroit la tension de seuil du canal 5 sous la plaque 1. En supposant que le courant de fuite de support est faible au point d'en être négligeable, le courant va continuer de traverser le support jusqu'à ce que la tension de seuil sous la plaque 1 soit juste égale à la tension Vf appliquée à la plaque 1. Le circuit de polarisation de support amélioré fonctionne aussi bien avec une diffusion 10 sous la plaque #2,, ainsi que le représente la figure 1C. De la sorte, le circuit amélioré assure la génération d'une tension de polarisation de support sans alimentation de support séparée, cependant que, dans le même temps, il régularise automatiquement cette tension de support afin de fournir une tension prédéterminée spécifique pour le seuil du dispositif MOSFET 3 du bloc, du fait que, pratiquement, il existe très peu de variation entre les tensions de seuil de tous les MOSFET's d'un même bloc. Dans la mesure ou la tension de seuil du canal 5, sous la plaque 1, est representative, tous les MOSFET's du bloc auront la même tension de seuil et, partant, les variations de la tension de seuil VT, d'un bloc à l'autre, sont éliminées. Bien entendu la tension appliquée à la plaque 1 est réglée de façon assez proche pour limiter la fluctuation des seuils. Le courant du support doit être plus important que le courant de fuite du support (jusqu'à ce qu'il soit réduit suffisamment par l'accroissement de la tension de seuil Vt). Plus ce courant est élevé au départ, meilleures sont les conditions (dans la mesure de limitations évidentes). Les figures 1A et 1C représentent des plaques de phase ou de CCD 1 et #2 chevauchantes; cependant, si une technologie de portes métalliques est utilisée pour fabriquer le bloc de FET, les plaques de phase #1 et 2 peuvent être séparées et la diffusion 11 introduite entre les plaques, ainsi que le représente la figure 2. La figure 3 représente une réalisation simple à trois plaques de phase de l'invention, dans laquelle la tension de référence de seuil VT n'est pas sous forme d'impulsions comme montré pour la tension V de la figure 1B. Au contraire, la tension de seuil de référence VT est 1 une tension de courant continu appliquée a la troisième plaque 7, et les formes d'onde de tension Vf et V , telles que le représente la figure 3B sont appliquées aux plaque# de phase 1 et 2 respectivement, de la manière indiquée dans la description de la réalisation de la figure 1A. La figure 4 est un graphique représentant la façon dont la tension de seuil VT d'un FET varie en fonction de la tension de support, pour deux supports dotes de niveaux de dopages différents. Sous certaines conditions, afin d'empêcher que la charge contenue dans le puits de CCD soit perdue lorsque le puits de potentiel 6 situé sous la plaque #2 disparait (à travers le dispositif de MOSFET 3, dans la diffusion mise a la masse, 4), il est nécessaire que la tension vu parte d'un potentiel négatif (au moins aussi négatif que la tension du support) ainsi que le représentent les ondes de tension de la figure 5A. Le fonctionnement a alors lieu de la façon décrite précédemment. Si la disparition totale du puits de potentiel de CCD situé sous la plaque de phase #2 est désirée, V doit avoir sa valeur la plus négative au moins approximativement égale aupotentiel du support. La figure 6A représente une configuration améliorée dans laquelle l'utilisation d'une source négative pour la tension V n'est pas exigée, afin de résoudre le problème de la perte de charge. DaAs ce cas, une troisième diffusion 8 dans le support I est liée à une porte isolée 9, et les formes d'onde représentées dans la figure 6B sont appliquées aux plaques de phase et 2 respectivement. La combinaison de la diffusion 8 et de la porte isolée 9 forme un dispositif que la charge ne peut traverser qu'unilaterale- ment.La charge négative peut passer de la diffusion 11 à la diffusion 8, mais pas dans la direc#tion inverse, en supposant que le dispositif MOSFET, dont la diffusion 8 est la source et dont la porte isolée 9 est la porte, fonctionne en mode à enrichissement(c'est-à-dire, ne conduit pas le courant avec une tension zéro entre la porte et la source). Bien qu'un support p doté de diffusions n ait été décrit, il sera évident que des supports n dotés de diffusion p peuvent également être utilises; dans ce cas, les polarités des tensions seront changées afin d'obtenir un fonctionnement approprié du circuit. En outre, il va de soi que les plaques de phase et les portes qui sont schématiquement représentées sont, en réalité, séparées du support par une couche appropriée d'oxyde, conformément à la technologie bien connue. Alors que la diffusion 4 de la figure 1A et les régions de diffusion similaires des autres figures ont été représentées mises au potentiel de la masse, il est possible de faire fonctionner l'invention d'une façon identique, mais la connexion des diffusions étant effectuée avec des potentiels différents de la masse. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins, 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 y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. REVENDICATIONS 1.- Circuit de polarisation de support pour régulariser automatiquement à une valeur prédéterminée la tension de seuil d'un transistor à effet de champ du type MOS forme sur un support semiconducteur caractérisé en ce qu'il comprend: un circuit de pompage de charge sur ce support comprenant une première diffusion du type de conductivité opposé a celle du support, une première et une seconde plaque de phase isolée, adjacente à cette diffusion, des moyens pour connecter cette diffusion à un potentiel fixé tout en laissant ce support électriquement flottant, des moyens pour appliquer de manière cyclique à cette première plaque une première tension pulsée ayant une grandeur essentiellement égale a cette tension de seuil prédéterminée, des moyens pour appliquer de manière cylique a cette seconde plaque une seconde tension pulsée ayant une grandeur supérieure a celle de la première tension, de sorte que les charges sont injectées dans ce substrat jusqu'a ce que le substrat soit polarisé a une tension suffisante pour rendre la tension de seuil du transistor à effet de champ essentiellement égale à la tension prédéterminée. 2.- Circuit selon la revendication 1 caractérisé en ce que cette première plaque est disposée entre la première diffusion et la seconde plaque. 3.- Circuit selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comprend une seconde diffusion du type de conductivité opposé à celle du support, en-dessous de cette seconde plaque. 4.- Circuit selon l'une des revendications 1 à-3 caractérisé en ce que la première et la seconde tension ont une seule et même polarité. 5.- Circuit selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la première tension varie de manière cyclique entre une polarité négative et positive. 6.- Circuit selon l'une des revendications 1, 2, 4, 5 caractérisé en ce qu'il comprend en outre une seconde diffusion entre la première et la seconde plaque. 7.- Circuit selon la revendication 6 caractérisé en ce qu'il comprend en outre une troisième diffusion entre cette seconde diffusion et cette seconde plaque, une troisième plaque isolée entre cette seconde et troisième diffusions et des moyens pour coupler électriquement ensemble cette troisième plaque et cette troisième diffusion. 8.- Circuit selon la revendication 7 caractérisé en ce que ce couplage électrique est une connexion de court-circuit. 9.- Circuit de polarisation de support pour régulariser automatiquement à une tension prédéterminée la tension de seuil d'un transistor à effet de champ du type MOS formé sur un support semiconducteur caractérisé en ce qu'il comprend: un circuit de pompage de charge sur ce support comprenant une diffusion du type de conductivité oppose à celui du support, une porte isolée adjacente à cette diffusion, et une premiere et une seconde plaques de phase isolées adjacente à cette porte, des moyens pour mettre à la masse cette diffusion tout en laissant ce support électriquement flottant, des moyens pour appliquer à cette porte une tension continue essentiellement égale en grandeur à cette tension de seuil prédéterminée, des moyens pour appliquer de manière cyclique à cette première et seconde plaques de phase respectivement une première et une seconde tensions, cette seconde tension étant supérieure en grandeur à cette première tension, de telle sorte que les charges sont injectées dans ce support jusqu a ce que ce support soit polarisé à une tension suffisante pour rendre la tension de seuil du transistor à effet de champ essentiellement égale à cette tension prédéterminée. 10.- Procédé pour régulariser automatiquement à une tension constante prédéterminée la tension de seuil de transistor à effet de champ de plusieurs supports semiconducteurs fait du même matériau semdconducteur d'un premier type de conductivité caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: : formation sur une portion de chaque support d'un circuit de pompage de charge à transistor à effet de champ comprenant une-diffusion d'un type de conductivité opposé à celui du matériau semiconducteur, la connexion de cette diffusion à un potentiel fixé tout en laissant ce support électriquement flottant et le fonctionnement cyclique du circuit de pompage de charge pour injecter continuellement des charges dans ce substrat jusqu a ce que le substrat soit chargé à une tension qui rend la tension de seuil du circuit de pompage à transistor à effet de champ essentiellement égale à cette tension de seuil prédéterminée de sorte que tous les supports semiconducteurs ont la même tension de seuil.