Brevet FR2366700A1 — publié le 19780428

L'invention concerne un transistor à effet de champ à porte isolée, particulier, réalisant une fonction de mémoire. L'invention a été développée en particulier pour une mémoire de programmes d'un système de téléphonie. Cependant il convient en outre d'une façon générale pour tous les transistors à effet de champ à porte isolée, ayant une capacité de mémoire, faisant partie par exemple d'une installation électronique de données et qui comporte une porte de mémorisation "flottante" du point de vue électrique, qui est reliée à une languette conductrice servant notamment à la décharge de la porte de mémorisation. L'invention part d'un transistor à effet de champ à porte isolée, comportant au moins deux portes, à savoir une porte de mémorisation entourée de tous côtés par un isolant et par conséquent flottante du point de vue électrique, qui est reliée de façon conductrice à une languette conductrice utilisée pour la modification de la charge de la porte de mémorisation au moyen de l'effet tunnel Fowler-Nordheim, et une porte de commande pouvant être commandée depuis l'extérieur et agissant de façon capacitive sur la porte de mémorisation, la languette étant séparée d'une région de modification de charge constituée par un semiconducteur, par une couche isolante mince, à travers laquelle la charge de la porte de mémorisation peut être modifiée par l'intermediaire de la région de modification de charge, cependant qu'au voisinage immédiat de la région de modification de charge possédant un premier type de conductivité est disposée une région voisine constituée par un semiconducteur et possédant un second type de conductivité opposé audit premier type de conductivité et qui est séparoede la languette par la couche mince isolante. Un tel transistor à effet de champ à porte isolée est représenté dans la demande de brevet allemand publiée sous le n0 2 513 207 (figure 3), qui correspond au brevet déposé au Luxembourg sous le n0 72.605 (figure 24).Un transistor à effet de champ à porte isolée, semblable, assurément sans porte de commande et ne comportant donc qu'une seule porte, à savoir la porte de mémorisation, est décrit par exemple dans le brevet américain n0 3 919 711 (figures 2 à 4) et ce transistor comporte une région de modification de charge 23. Dans le cas des tran sistors à effet de champ à porte isolée, connus, la région de modification de charge est formée par conséquent soit par l'une des deux régions de raccordement de la voie principale, c'est-à-dr re la source ou le drain, soit par une troisième région particulière (voir à cet effet le brevet américain indiqué).La région voisine semiconductrice, qui jouxte directement la région de modification de charge et qui est recouverte également par la languette, est formée, dans le cas des transistors à effet de champ à porte isolée connus, par le substrat dans lequel ledit transistor considéré est inséré. Une décharge de la porte de mémorisation au moyen de 1' effet tunnel de Fowler-Nordheim (voir la revue Journal Appl. Phys. (Janvier 1969) 278-283) ainsi qu'une charge de la porte de mémorisation considérée au moyen de cet effet respectivement possiblesdans le cas où une tension possédant une amplitude minimale déterminée est appliquée entre la porte de commande, et donc la languette, d'une part, et la région de modification de charge d'autre part, gr ce à quoi l'une des deux parties constituant pour ainsi dire des électrodes, c'est-à-dire la languette ou la région de modification de charge, émet des électrons qui sont attirés sous l'action de la tension en direction de l'autre partie, c'est-à-dire vers la région de modification de charge ou vers la languette, et réalise donc la modification de charge de la porte de mémorisation. Au substrat on applique, dans le cas du transistor à effet de champ à porte isolée, connu, une tension de polarisation telle que la modification de charge s'effectue directement entre la languette et la région de modification de charge, au lieu que ce soit entre la languette et le substrat. Le substrat peut cependant lors de la modification de charge , conformément à la demande de brevet allemand publiée sous le n0 2 513 207, également "f lot#; ce qui, comme cela est décrit dans ce brevet, doit permettre d'éviter une modification de charge superposispar effet d'avalanche, ledit effet d'avalanche considéré pouvant en effet éventuellement apparaître par suite d'un claquage de la jonction pn entre le substrat et la région de modification de charge.Les substrats, qui jouxtent les régions de modification de charge possédant le premier type de conductivité et qui sont ici également recouverts par la languette, constituent dans ces cas respectivement des régions voisines possédant le second type de conductivité. La région voisine représentée par le substrat est placée normalement à une tension de polarisation et ne flotte par conséquent du point de vue électrique que dans certains cas. Le spécialiste moyen, qui veut obtenir une modification de charge entre la languette et la région de modification de charge, s'efforce tout d'abord de rendre aussi grand que possible le recouvrement entre la languette et la, région de modification de charge , c'est-à-dire à rendre aussi élevées que possible la capacité propre et par conséquent la conductivité propre, présente pendant l'effet tunnel de Fowler-Nordheim, de la couche isolante entre la languette et la région de modification de charge . Pour une même tension de modification de charge, il peut s'écouler entre la languette et la région de modification de charge respectivement des courants plus intenses de modification de charge , ce qui provoque une réduction de la durée de la modification de charge .Par conséquent le spécialiste concerné tendrait par exemple à obtenir une diffusion sous-jacente aussi élevée que possible de la région de modification de charge au-dessous de la languette afin d'accroître la vitesse de la modification de charge. En particulier on utiliserait de préférence la diffusion au lieu de l'implantation d'ions pour réaliser la région de modification de charge Il est déjà connu en soi de réaliser des transistors à effet de champ à porte isolée suivant la technique ESFI (c'est à dire une technique utilisant un dépôt de film de silicium épitaxial sur un isolant) (voir la revue Electronics, 12 Juin 1975, 115-120; 25 Septembre 1972, 113-116; 20 Février 1967, 171-176). Les transistors à effet de champ fabriqués suivant la technique dite ESFI sont des transistors à effet de champ qui sont réalisés à partir d'une couche mince de silicium obtenue par croissance épitaxiale sur un isolant, par exemple un saphir ou un spinelle. Dans le cas où lton utilise un saphir comme isolant, ladite technique est souvent dénommée technique S0S,(c'est-à-dire technique silicium sur saphir). On sait qu'après la réalisation définitive des voies source-drain des différents transistors à effet de champ à porte isolée ESFI, les régions de canal flottent du point de vue électrique étant donné qu'ils sont sé#parés, du point de vue électrique, des régions de canal du transistor à effet de champ à porte isolée, usuel. L'invention indique un moyen de rendre élevée la vitesse de modification de charge même lorsque la diffusion sous-jacente n'est que faible ou bien#n'existe pas du tout. Les dispositions conformes à 1 invention permettent donc en particulier également l'implantation d'ions pour la réalisation avec ajustement automatique ou auto-alignement de la région de modification de charge. L'invention part d'un transistor à effet de champ à porte isolée du type indiqué plus haut. Le problème à la base de l'invention est résolu dans le cas de ce transistor à effet de champ à porte isolée, grâce au fait que la région voisine, séparée du substrat du point de vue électrique, est flottante du point de vue électrique. Conformément à 1 invention, la région voisine oetpar conséquent isolée du substrat et n'est pas confondue avec le substrat. Par conséquent par exemple une couche d'oxyde non conductrice est déposée entre la région voisine et le substrat. Cependant, au lieu de cela, on peut également obtenir une isolation entre la région voisine et le substrat en réalisant le transistor à effet de champ à porte isolée considéré suivant la technique dite ESFI. A cet effet à partir de la couche de silicium obtenue par croissance épitaxiale sur isolant, on élimine à nouveau par attaque chimique toutes les régions de silicium qui réaliseraientuneliaison électriquement conductrice entre la région voisine recouverte par la languette et le substrat. La région voisine forme une jonction pn avec la région de modification de charge , mais pas avec le substrat. La région voisine, qui est flottante du point de vue électrique dans le cadre de l'invention, possède un potentiel qui est déterminé dans une large mesure par la tension de diffusion de la jonction pn entre la région voisine et la région de modification de charge . La tension de diffusion appliquée à une jonction pn, que ne traverse aucun courant appliqué de l'extérieur, est placée normalemement, comme cela est connu, à un potentiel de quelques dizièmes de volt. La tension de la région voisine suit donc, indépendamment de cette tension de diffusion, le potentiel de la région de modification de charge, au moins lorsque le transistor à effet de champ à porte isoléeest réalisé de la façon décrite suivant la technique ESFI.Etant donné que la région voisine est pratiquement au même potentiel que la région de modification de charge , conformément à l'invention cette région voisine peut être également utilisée simultanément pour réaliser la modification de charge. Cette région voisine sert assurément, pendant la modification de charge, selon la présente invention, à accroître la conductivité propre de la couche isolante entre la languette d'une part et la région de modification de charge et la région voisine d'autre part. Dans le cadre de l'invention le fait, considéré en soi, que la jonction pn existant entre la région de modification de charge et la région voisine soit polarisée dans le sens inverse ou dans le sens direct pour les courants de modification de charge la traversant, est secondaire étant donné que les courants de modification de charge sont très faibles. Les courants de modification de charge s'écoulant pendant la modification de charge par l'intermédiaire de la région voisine sont en effet suffisamment faibles pour que, quelle que soit la polarité et même dans le cas de la présence de tels courants de modification de charge, la tension de diffusion sur la jonction pn dans la région voisine et la région de modification de charge reste conservée de façon approximativement inchangée. Par suite de l'accroissement de la conductivité propre de la couche isolante au-dessous de la languette, ou par suite de l'accroissement de la capacité propre entre la languette d'une part et la région voisine et la région de modification de charge d'autre part, on obtient donc, conformément à l'invention, une vitesse particulièrement élevée de modification de charge, sans avoir à prévoir obligatoirement une diffusion sousojacente intense. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement aux dessins annexés une forme de réalisation de l'objet de l'invention. La figure 1 représente un schéma de principe général d'un exemple de réalisation du dispositif selon l'invention. Les figures 2 et 3 représentent respectivement une vue en élévation et une vue en plan, schématiques, d'un exemple de réalisation conforme à l'invention réalisé suivant la technique dite ESFI et qui peut être réalisé grâce à une implantation d'ions. La figure 1 montre un exemple de réalisation du transistor à effet de champ à porte isolée possédant la voie principale D-S, la porte de mémorisation G1 flottante du point de vue électrique et la porte de commande G2, pouvant être commandée depuis l'extérieur et agissant de façon capacitive sur la porte de mémorisation. La porte de mémorisation G1 est reliée de façon conductrice à une languette en soi conductrice L, par l'intermédiaire de laquelle une modification de charge de la porte de mémorisation Cl peut être réalisée au moyen de l'effet tunnel de Fowler-Nordheim. Dans le présent exemple, on a supposé que la modification de charge s'effectue par l'intermédiaire de la source S du transistor à effet de champ à porte isolée. Dans le cas de l'exemple représenté sur la figure 2, on a réalisé sur l'isolant Saph le dépôt épitaxial d'une couche de substrat sur laquelle on a réalisé par attaque chimique la région S de modification de charge , qui peut être dans le cas présent par exemple identique à la source S représentée sur la figure 1. Lors de l'attaque chimique, on a réalisé en outre simultanément la région voisine Bu jouxtant la région S de modification de charge et qui n'a pas été éliminée simultanément par attaque chimique. On peut alors déposer une première couche isolante mince Isl possédant une épaisseur uniforme qui correspond à la distance entre la languette L et la région voisine Bu ou entre la languette L et l'isolant Saph. Cette couche isolante mince Isl sera traversée ultérieurement par le courant de modification de charge , dans la zone de la région Bu, ainsi qu'éventuellement, de façon supplémentaire, dans la région comprise entre les bords de la languette L et les bords de la région S de modification de charge.Plus la couche isolante est mince et plus la surface de recouvrement entre la languette L et la région voisine Bu est importante, plus les courants de modification de charge sont intenses pour une même tension d'attraction entre la languette et la région S de modification de charge , ou pour une même tension d'attraction entre la porte de commande G2 et la région S de modification de charge (voir figure 1). Soit après le dépôt de la couche isolante, soit déjà avant le dépôt de cette couche isolante, on peut doper la région voisine de manière qu'elle possède le second type de conductivité. Sur la figure 2 on suppose que la région voisine Bu est dopée du type p. Lors de la réalisation de ce dopage, on peut également doper simultanément de façon préalable et de la même façon la région de modification de charge, c'est-à-dire dans le cas du présent exemple, doper cette région du type p. L'obtention définitive du premier type de conductivité, ici par conséquent le dopage de type n dans la région S de modification de charge, peut être également effectuée seulement après la réalisation de la languette L, ce qui permet avantageusement d'utiliser simultanément la languette L comme masque pour la réalisation du dopage de la région S de modification de charge, par exemple en réalisant ce dopage de type n au moyen d'une implantation d'ions à travers la couche isolante. Après la réalisation de la couche isolante entre la languette L et la région voisine Bu, on peut alors obtenir par croissance une couche conductrice, constituée par exemple par du silicium polycristallin, à partir de laquelle on forme de façon définitive, au moyne d'une attaque chimique, la languette, en général en même temps que la porte de mémorisation G1. Ensuite, comme cela a déjà été mentionné, on réalise le dopage de la région de modification de charge , ici un dopage de type n, en particulier à l'aide de l'implantation ionique. Dans le cas où des contre-mesures particulières ne sont pas prises, la languette L est dopée simultanément de la même façon, et par conse- quent est formée par exemple par du polysilicium dopé du type n. Ensuite on peut déposer les parties supérieures IS de la couche isolante, en recouvrant la languette L. L'invention permet en outre de rendre larges les tolérances d'ajustement pour les masques destinés à la fabrication de la région voisine Bu, de la région S de modification de charge et de la languette L. En effet, dans le cadre de l'invention il n'est pas gênant que la languette L recouvre des parties très importantes de la couche de silicium épitaxiale située au-dessous d'elle et recouvre de ce fait une région voisine Bu flottante très étendue. En particulier l'ajustement du masque utilisé pour la formation d'un organe L peut s'effectuer par conséquent avec une tolérance relativement grande, sans affecter la possibilité de modification de charge de la porte de mémorisation au moyen de l'effet tunnel de Fowler-Nordheim. On a déjà expliqué que pour réaliser la modification de charge de la porte de mémorisation au moyen de l'effet tunnel de Fowler-Nordheim, on utilise un flux d'électrons traversant l'isolant Is. La partie émettant ces électrons réalisant une modification de charge , c'est-à-dire la partie L dans le cas du flux d'électrons à partir de la porte de mémorisation Cl par l'intermédiaire de la région voisine en direction de la région de modification de charge, ou bien la partie Bu et/ou la partie S dans le cas du flux d'électrons en direction de la porte de mémorisation, peut posséder un dopage tel que la modification de charge au moyen de l'effet tunnel de Fowler-Nordheim est facilitée.Il s'est avéré que la partie émettant les électrons devait être de préférence respectivement dopée du type n, tandis que la partie recevant les électrons peut posséder un dopage quelconque, c'est-à-dire être dopée du type n ou du type p. Dans le cas de l'exemple représenté sur la figure 2, la languette L et la région S de modification de charge sont dopées respectivement du type n, tandis que la région voisine Bu est dopée du type p. Dans ce cas, par conséquent une modification de charge est possible en particulier grâce au fait que la languette L émet des électrons, ce qui provoque la décharge de la porte de mémorisation Cl précédemment chargée négativement ou bien la charge positive de la porte de mémorisation Cl préalablement déchargée. La région voisine Bu et la région S de modification de charge peuvent dans ce cas posséder un dopage quelconque, mais conformément à l'invention la région voisine Bu et la région S de modification de charge possèdent des dopages res pectifs réciproquement opposés, et ces régions possèdent de ce fait des types de conductivité opposés. Une modification de charge de la porte de mémorisation Cl est également possible dans le sens opposé. Dans ce cas la languette constitue la partie recevant les électrons et en particulier la région voisine Bu, et éventuellement également la région S de modification de charge, constitue la partie émettant directement des électrons dans la couche isolante Is. Par suite d'une telle modification de charge , la porte de mé morisation chargée préalablement positivement est déchargée ou bien la porte de mémorisation préalablement déchargée est chargée négativement. Afin qu'elle puisse émettre plus facile ment les électrons, la région voisine Bu peut être de préférence dopée du type n, c1 est-à-dire que la région de modification de charge est de ce fait dopée du type p. Pour cette modification de charge en sens opposé, la languette L peut avoir un dopage quelconque, c'est-à-dire qu'elle peut être dopée du type n ou du type p. Dans le cas où l'on veut modifier la charge de la porte de mémorisation considérée aussi rapidement que possible avecl'effet tunnel de Fowler-Nordheim, aussi bien dans une direc tion que dans la direction opposée, aussi bien la languette L que la région voisine Bu peuvent être dopées respectivement de préférence du type n et par conséquent conformément à l'inven tion la région S de modification de charge est dopée du type p. On peut réaliser par exemple un tel dopage en dopant tout d'abord du type n la couche semiconductrice obtenue à l'origine par croissance épitaxiale sur l'isolant Saph. Après la forma tion ultérieure de la languette L,on peut obtenir le dopage définitif de type p de la région S de modification de charge, au moyen d'une implantation d'ions en utilisant la languette L comme masque G Cette languette L, qui subit alors de façon in désirable un dopage simultané de type p, peut être à nouveau ul térieurement dopée du type n d'une façon suffisante, en particu lier au moyen d'une diffusion de donneurs ou bien au moyen d'une implantation d'ions avec des tensions accélératrices faibles de façon adéquate pour les ions devant être implantés, pour que ce dopage de type n soit prépondérant dans une large mesure par rap port au dopage de type p précédent. Dans le cas de l'exemple représenté sur la figure 3, qui peut être également considéré comme une vue en plan de l'exemple de réalisation représenté en élévation latérale sur la figure 2, on voit nettement que la languette L peut recouvrir très largement la région S de modification de charge et que des tolérances d'ajustement d'une taille correspondante pour la fabrication de la languette L peuvent être autorisées. La diffusion sous-jacente peut être très faible conformément à l'invention, comme représenté sur la figure 3.La diffusion sous-jacente peut même être totalement absente en particulier lorsque les bords de la région S de modification de charge (formés dans le cas du présent exemple par la source S) coincident de façon apparente à proximité de la languette - et ce considéré en vue de dessus directement avec les bords correspondants de la languette L, ou bien lorsque la jonction pn entre la région voisine Bu et la région S de modification de charge est même très écartée de la surface de la région voisine, recouverte par la languette. Cela n'affecte par conséquent pas la vitesse de modification de charge de la porte de mémorisation dans le cas où, sur la vue en plan, comme cela est représenté sur la figure 3, la languette L recouvre la région voisine Bu d'une façon nettement plus importante que la région S de modification de charge. Gr ce au fait qu'il n'est prévu aucune région particulière comme région de modification de charge, mais que l'on utilise simultanément comme région de modification de charge l'une des régions de raccordement de lavoieprincipale , c'est-à-dire le drain D ou la source S, il n'y a pas seulement la réalisation de la région de modification de charge qui soit très simple. En particulier le câblage pour menoedes potentiels dans la région S de modification de charge peut être totalement supprimé étant donné que la région de modification de charge considérée reçoit son potentiel déjà par l'intermédiaire du câblage de la région considérée de raccordement de la voie principale. Grâce au fait que la région de modification de charge est séparée du point de vue électrique des régions de raccordement de la voie principale, il est cependant possible d'admettre également des potentiels différents entre la région S de modification de charge d'une part et des régions de raccordement de la voie principale du transistor à effet de champ à porte isolée d'autre part, ce qui est très utile dans de nombreux cas. REVENDICATIONS 1) Transistor à effet de champ à porte isolée, comportant au moins deux portes, à savoir une porte de mémorisation entourée de tous côtés par un isolant et par conséquent flottante du point de vue électrique, qui est reliée de façon conductrice à une languette conductrice utilisée pour la modification de la charge de la porte de mémorisation au moyen de l'effet tunnel de Fowler-Nordheim, et une porte de commande pouvant être commandée depuis l'extérieur et agissant de façon capacitive sur la porte de mémorisation, la languette étant séparée d'une région de modification de charge constituée par un-semiconducteur, par une couche isolante mince, à travers laquelle la charge de la porte de mémorisation peut être modifiée par l'intermédiaire de la région de modification de charge, cependant qu'au voisinage immédiat de la région de modification de charge possédant un premier type de conductivité est disposée une région voisine constituée par un semiconducteur et possédant un second type de conductivité opposé audit premier type de conductivité et qui est séparée de la languette par la couche mince isolante, notamment pour une mémoire de programmes d'un système de téléphonie, caractérisé par le fait que la région voisine (Bu), séparée du point de vue électrique du substrat, est flottante du point de vue électrique. 2) Transistor à effet de champ à porte isolée suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le second type de conductivité est une conductivité par trous. 3) Transistor à effet de champ à porte isolée suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le second type de conductivité est une conductivité électronique. 4) Transistor à effet de champ à porte isolée suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la languette (L) est dopée du type n. 5) Transistor à effet de champ à porte isolée suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'en vue en plan, la languette (L) recouvre nettement plus largement la région voisine (Bu) que la région (S) de modification de charge. 6) Transistor à effet de champ à porte isolée suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la région (S) de modification de charge est identique à l'une des régions (S) de raccordement de la voie principale ou bien est au moins reliée de façon conductrice à l'une des dites régions (S) de raccordement de la voie principale. 7) Transistor à effet de champ à porte isolée suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la région (S) de modification de charge est séparée du point de vue électrique des régions de raccordement de la voie principale. 8) Transistor à effet de champ à porte isolée suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'il est réalisé suivant la technique ESFI, c'est-à-dire par dépôt d'une couche épitaxiale mince de silicium sur un isolant.