Brevet FR2466863A1 — publié le 19810410

L'invention concerne les condensateurs à semi- conducteur métal-oxyde ("MOS"), et plus particulièrement des condensateurs MOS à contacts électriques à faible résistance intercalés ou imbriqués. Les condensateurs MOS de l'art antérieur sont en général des dispositifs multicouches comprenant un substrat semi-conducteur dopé constituant une première plaque du condensateur, une couche diélectrique et une couche supé- rieure métallisée qui constitue la seconde plaque du condensateur. En général, une première connexion électrique du dispositif est réalisée avec la plaque supérieure métal- lisée et la seconde connexion est réalisée avec la surface inférieure du substrat semi-conducteur. Dans certaines applications, il est souhaitable que les deux bornes du condensateur MOS soient accessibles à la face supérieure du dispositif multicouches. Des condensa- teurs MOS de l'art antérieur comportant de tels contacts montés sur le dessus sont réalisés par la formation d'un contact ohmique, à travers un trou réalisé par gravure dans la couche diélectrique, avec un premier bord de la plaque du condensateur constituée par la surface inférieure du substrat, et en isolation électrique par rapport à la plaque du condensateur constituée par le dessus métallisé. Cepen- dant, une telle structure présente un très faible rapport de la réactance à la résistance (désigné ci-après "facteur Q') aux hautes fréquences (1 à 4 gigahertz). La composante résis- tive de l'impédance du dispositif prédomine à de telles fréquences, car le contact ohmique réalisé avec la plaque constituée par la surface inférieure du substrat de silicium présente une section de passage du courant limitée. Une autre cause de la résistance importante du dispositif est la grande longueur moyenne du parcours du courant dans le fond du substrat par suite de la position du contact le long de l'un des bords du substrat. Les propriétés globales de la structure anté- rieure décrite aux fréquences élevées équivalent électri- quement à une résistance montée en série avec un petit condensateur. Ceci réduit le nombre des applications dans 2. lesquelles un tel dispositif peut être utilisé, car la résis- tance relativement élevée fait baisser de manière indésirable le facteur de surtension ou facteur 'Q du condensateur, ce facteur atteignant généralement des valeurs de 30 à 40 pour un condensateur de 50 picofarads. L'invention élimine ces inconvénients de l'art antérieur par la formation des contacts avec la plaque infé- rieure par passage dans un grand nombre de trous ménagés dans le diélectrique. Plusieurs contacts de fond du substrat sont intercalés ou imbriqués avec plusieurs contacts conducteurs formant la plaque supérieure. Cette structure perfectionnée réduit la résistance des contacts avec la plaque inférieure en accroissant la section droite globale de passage du courant des contacts et en. réduisant la longueur moyenne du parcours du courant dans le fond du substrat vers les contacts. Des dispositions géométriques de contacts imbri- qués ont été utilisées jusqu'à présent dans des circuits intégrés, mais jamais dans le but de réduire le facteur de surtension d'un condensateur MOS. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 906 539, par exemple, décrit une géométrie intercalée pour un dispositif à diode et capacité dans lequel l'interca- lation d'une électrode de champ sert à atténuer la réduction d'une couche d'inversion adjacente à une jonction P-N. De même, le brevet des E.U.A. n0 3 675 095 décrit un condensateur à couche épaisse dans lequel une géométrie d'électrodes intercalées est utilisée pour assurer une haute tolérance sur la valeur du condensateur. Aucun de ces brevets ne décrit un procédé destiné à réduire la résistance série (et, par conséquent, à accroî- tre le facteur de surtension) d'un condensateur MOS en augmentant la surface du contact ohmique avec la plaque semi- conductrice du condensateur et en réduisant le parcours moyen du courant dans cette plaque vers sa borne électrique. L'invention a donc pour objet de diminuer la composante résistive de l'impédance d'un condensateur MOS et d'élever le facteur Q aux fréquences élevées par l'utili- 3. sation d'une géométrie de contacts intercalés pour accroître la section droite de passage du courant des contacts ohmiques réalisés avec la plaque du substrat semi-conducteur du condensateur. L'invention a également pour objet de réduire la résistance d'un condensateur MOS en- raccourcissant le parcours moyen du courant dans la plaque semi- conductrice jusqu'au contact des bornes en intercalant les contacts électriques, qui pénètrent dans le diélectrique, avec les contacts électriques formant la plaque supérieure du conden- sateur. L'invention a trait à une géométrie intercalée de contacts électriques à faible résistance pour un condensateur MOS. Le dispositif est fabriqué sur un substrat de semi- conducteur dopé, en général du silicium. Le substrat assume la fonction de la plaque inférieure du condensateur. Une couche diélectrique, constituée, généralement d'oxyde de silicium ou de nitrure de silicium, est ensuite appliquée sur le dessus du substrat. Puis des contacts électriques paral- lèles multiples, espacés les uns des autres,sont réalisés sur le substrat par élimination chimique de bandes oblongues et parallèles de diélectriques par la mise en oeuvre de procédés connus de photogravure, puis par dépôt de contacts ohmiques, en général en siliciure de platine, dans les intervalles ainsi obtenus et en contact électrique avec le substrat. Le diélectrique non enlevé se trouve ainsi intercalé ou imbriqué avec les contacts ohmiques. Les contacts ohmiques sont ensuite métallisés sur leur surface supérieure et ils sont reliés électriquement le long d'au moins un bord du conden- sateur. Des moyens sont prévus pour la connexion des contacts revêtus de métal avec un circuit extérieur, soit au-dessus, soit au-dessous du dispositif. Des bandes conductrices, déposées sur le dessus de la couche diélectrique non enlevée, sont intercalées avec les contacts ohmiques de la plaque inférieure et espacées de ces contacts. Ces bandes conductrices sont reliées électri- quement entre elles et forment la seconde plaque ou plaque supérieure du condensateur. 4. Lors du fonctionnement, une charge électrique est emmagasinée sur les bornes conductrices de la plaque supérieure du condensateur et sur le substrat semi-conducteur de la plaque du fond ou inférieure afin d'engendrer un champ électrique dans la couche diélectrique non enlevée. Les multi- ples bandes de contacts ohmiques reliées au substrat opposent une résistance réduite à la circulation du courant en offrant une plus grande surface de contact que celle- réalisée par les contacts antérieurs. En outre, la résistance est réduite par une minimi-sation de la longueur moyenne utile-du parcours du courant dans le fond du substrat du condensateur jusqu'aux con- tacts ohmiques multiples. Cette résistance réduite permet de donner aux condensateurs des coefficients de surtension élevés- aux hautes fréquences, un coefficient s'élevant de 100 à 30-0 pouvant ainsi être généralement obtenu pour un condensateur de 50 picofarads, à 1-4 gigahertz. - L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels - la;figure.1 est une vue partielle de dessus d'un condensateur MOS à contacts intercalés à faible résis- tance; - la figure 2 est une coupe partielle, suivant, la ligne 2-2 de la figure 1, d'un condensateur MOS à contacts intercalés à faible r6sistance; - la figure 3 est une coupe partielle, suivant la ligne 3-3 de la figure 1, montrant un détail d'une gorge conductrice métallisée, ménagée dans le substrat du-conden- sateur selon l'invention; - la figure 4 est une vue partielle de dessus du condensateur selon l'invention; et - la figure 5 est une vue en perspective, avec coupe partielle, d'un condensateur- MOS de l'art antérieur à contacts supérieurs. La figure 1 est une vue de dessus du condensateur selon l'invention, montrant la géométrie intercalée de contacts électriques de la forme préférée de réalisation de ce condensateur. Un substrat 100 de semiconducteur dopé, 5. généralement du silicium, sert de première plaque ou plaque de fond d'un condensateur MOS. La plaque supérieure 102 du condensateur comprend un grand nombre de fines languettes métalliques (ou conductrices) et parallèles 103, espacées les unes des autres. Les languettes métalliques 103 de la plaque supérieure s'étendent latéralement en travers du substrat 100 du condensateur, à partir des deux côtés d'une zone centrale qui est commune à toutes les languettes 103 de la plaque supérieure. Un plot 106 de liaison situé sur la zone centrale 105 permet d'établir commodément une connexion électrique entre la plaque supérieure 102 et un circuit extérieur. Les contacts électriques réalisés avec le substrat semi-conducteur 100 constituant la plaque de fond comprennent plusieurs languettes ou bandes métalliques (ou conductrices). parallèles 107 rayonnant vers l'intérieur à partir des bords opposés du substrat 100 et intercalées avec les languettes parallèles 103 de la plaque supérieure 102, à une certaine distance de ces languettes 103, comme montré sur la figure 2. Il convient de noter que les languettes 103 de la plaque supérieure et les bandes 107 de contact le long de la plaque inférieure sont isolées électriquement par un intervalle de séparation. Toutes les bandes 107 de contact de la plaque inférieure situées sur chaque côté de la zone centrale 105 de la plaque supérieure sont connectées électri- quement le long du bord correspondant du substrat 100 par une bande conductrice commune 108 d'interconnexion. Comme montré sur la figure 2, chacun des contacts 107 de la plaque inférieure recouvre un contact ohmique correspondant 109, généralement en siliciure de platine (sur la figure 1, les contacts ohmiques 109 sont représentés sous la forme de longs rectangles en relief se détachant dans les limites des bandes 107 de contact de la plaque de fond). Cependant, en variante, certaines autres matières, par exemple de l'aluminium, peuvent être utilisées à la place des contacts ohmiques distincts 109 et des bandes métalliques 107 de contact les recouvrant, car de telles autres matières conviennent à des fonctions de liaison et forment également des contacts ohmiques convenant à un substrat semi- conducteur. 6. Il convient de noter que les contacts ohmiques 109 sont également intercalés avec les languettes 103 de la plaque supérieure. Une ouverture allongée, ménagée dans le diélec- trique 110, est associée à chaque contact ohmique 109. Ces ouvertures permettent ainsi un contact physique et électrique direct entre les contacts ohmiques 109 et le substrat semi- conducteur 100 de la plaque de fond. Comme montré sur la figure 2, chaque languette 103 de la plaque supérieure est isolée du substrat semiconducteur 100 de la plaque infé-' rieure par une sous-couche diélectrique associée 110, généra- lement réalisée en oxyde de silicium ou en nitrure de sili- cium. Il convient de noter que la matière diélectrique 110 située audessous des languettes 103 de la plaque supérieure est également intercalée avec les bandes 107 de contact de la plaque inférieure et avec les contacts ohmiques 109. La figure 4 montre en détail le dispositif selon l'invention, et notamment le bord incliné des bandes 107 de contact de la plaque inférieure, ces bandes suivant la forme des contacts ohmiques sous-jacents 109. Comme montré sur la figure 1, les deux bandes communes 108 d'interconnexion sont accessibles pour la réali- sation d'une connexion avec des circuits extérieurs sur le dessus de la structure du condensateur, par fixation directe de conducteurs à la surface apparente de ces bandes. Dans une telle configuration, les deux bandes communes 108 sont géné- ralement reliées électriquement l'une à l'autre. En variante, comme montré sur la figure 3, les bandes 108 d'interconnexion sont accessibles, par l'intermédiaire d'un contact conduc- teur 113, pour la réalisation d'une connexion avec un circuit extérieur à la surface inférieure du substrat 100 du conden- sateur, au moyen de gorges métallisées conductrices et asso- ciées 112, ménagées dans le substrat 100 et reliées chacune électriquement à une bande commune voisine 108. Une gorge métallisée 112 est réalisée par gravure d'une rainure en V à proximité du bord du substrat 100, sur une profondeur de quelques micromètres seulement, dans la surface inférieure du substrat, puis par formation d'un contact ohmique 114 dans la 7. rainure. Un revêtement métallique 116 est ensuite formé sur le contact ohmique 114, ce revêtement pouvant être connecté électriquement à une bande commune voisine 108 d'intercon- nexion, comme souhaité. Les quelques micromètres de substrat semiconducteur 100 restant au-dessous du fond de la gorge et séparant le contact ohmique 114 du contact conducteur 113 opposent, au passage du courant électrique, une résistance négligeable par rapport à celle de l'épaisseur totale du substrat. Le contact conducteur 113 peut être formé sur la face inférieure du substrat par des techniques classiques. Lors du fonctionnement, le condensateur MOS à contacts supérieurs intercalés est connecté électriquement à un circuit extérieur au moyen du plot 106 de liaison qui constitue une-première borne du condensateur, et au moyen des bandes communes 108 d'interconnexion ou du contact conducteur inférieur 113 qui constitue la seconde borne du condensateur. Lorsqu'une source électrique est appliquée à ces bornes, une charge peut être emmagasinée sur les languettes 103 de la plaque supérieure et le substrat semi-conducteur 100 de la plaque inférieure qui sont séparées par la couche diélec- trique 110. La géométrie du condensateur selon l'invention permet une diminution de la résistance totale de contact du substrat 100 de la plaque inférieure par l'utilisation d'un grand nombre de contacts ohmiques 109 connectés à cette plaque en parallèle, ce qui accroît sensiblement la surface totale- de contact électrique de la plaque inférieure par rapport à l'art antérieur. En outre, la composante résistive de l'impédance du condensateur est également diminuée par une réduction de la longueur moyenne du parcours du courant dans le substrat semi-conducteur 100 de la plaque inférieure vers les contacts ohmiques multiples 109. Dans les condensateurs MOS à contacts supérieurs de l'art antérieur, comme montré sur la figure-5, le contact ohmique 121 du substrat 122 constituant la plaque inférieure est réalisé par passage dans un trou oblong formé à travers le diélectrique 123 et en contact électrique avec la plaque inférieure 122, le long de l'un de ses bords. La plaque supé- rieure 124 du condensateur recouvre le diélectrique restant 8. 123, mais elle est isolée électriquement du contact ohmique 121 de la plaque inférieure. Dans un tel dispositif, la longueur moyenne 1 du parcours du courant dans la plaque infé- rieure 122 est effectivement égale à la moitié de la largeur horizontale du dispositif. Par contre, dans-le condensateur -selon l'inven- tion, la longueur maximale du parcours du courant dans le substrat 100 constituant la plaque inférieure (figure 2) est égale à la moitié de'la distance comprise entre des contacts ohmiques adjacents 109, ce qui réduit la composante résistive de l'impédance du dispositif due à la résistance du substrat 100. La diminution de résistance obtenue par la géomé- trie intercalée des contacts du condensateur selon l'inven- tion permet d'élever le coefficient de surtension aux fréquences élevées, ce coefficient étant porté généralement à une valeur supérieure à 100 pour un condensateur de-50 pico- farads fonctionnant à une fréquence de 1-4 gigahertz. Il est possible de modifier le condensateur selon l'invention en faisant varier le nombre de contacts inter- calés 107 de la plaque inférieure, ainsi que des contacts ohmiques associés 109, et des languettes 103 de la plaque supérieure. En variante, l'épaisseur de la couche diélec- trique peut être modifiée afin de faire varier la capacité du dispositif. La capacité directe entre les contacts métal- liques 107 ou les- contacts ohmiques 109 intercalés de la plaque supérieure et les languettes 103 de la plaque supé- rieure est très faible, généralement 1 % de la capacité totale. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au condensateur décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. 9. REVENDICATIONS 1. - Condensateur à semi-conducteur métal-oxyde, dont la longueur moyenne du parcours du courant est réduite et présente une faible résistance, caractérisé en ce qu'il comporte un substrat (100) en semi-conducteur dopé, plusieurs contacts électriques ohmiques espacés (109) fixés à la surface supérieure du substrat et reliés électriquement les uns aux autres, une matière diélectrique (110) intercalée avec les contacts ohmiques et fixée à la surface supérieure du substrat, et une matière conductrice (103) recouvrant la matière diélectrique, isolée électriquement des contacts ohmiques et dont toutes les parties sont reliées électri- quement les unes aux autres. 2. - Condensateur à semi-conducteur métal-oxyde dans lequel le parcours moyen du courant est de longueur réduite et présente une faible résistance, caractérisé en ce qu'il comporte un substrat (100) en semiconducteur dopé, plusieurs contacts électriques ohmiques espacés et sensi- blement parallèles (109) fixés à la surface supérieure du substrat et reliés électriquement les uns aux autres, une matière diélectrique (110) intercalée avec les contacts ohmiques et fixée à la surface supérieure du substrat, et une matière conductrice (103) recouvrant la matière diélec- trique, isolée électriquement des contacts ohmiques et dont toutes les parties sont connectées électriquement les unes aux autres. 3. - Condensateur selon l'une des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que les contacts ohmiques sont recouverts de matière conductrice avant d'être reliés électriquement les uns aux autres. 4. - Condensateur selon l'une des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce qu'il présente au moins une gorge métallisée conductrice (112) ménagée dans le substrat semi-conducteur- et connectée électriquement aux contacts ohmiques. 5. - Condensateur à semiconducteur métal-oxyde dont le parcours moyen du courant présente une longueur réduite et une faible résistance, caractérisé en ce qu'il 10. comporte un substrat (100) en semi-conducteur dopé, un premier groupe de contacts électriques ohmiques espacés et à peu près parallèles (109) fixés à la surface supérieure du substrat, ces contacts ohmiques formant une rangée dans laquelle ils sont juxtaposés et perpendiculaires à un premier bord du substrat, et s'étendant sur moins de la moitié de la largeur du substrat, lesdits contacts ohmiques étant reliés électriquement les uns aux autres par leurs extrémités juxta- posées au premier botd du substrat, le condensateur compor- tant également un second groupe de contacts ohmiques espacés et à peu près parallèles (109) fixés à la surface supérieure du substrat et disposés en une rangée dans laquelle ils sont juxtaposés et perpendiculaires à un second bord du substrat, ce second bord étant parallèle au premier bord, les contacts ohmiques du second groupe s'étendant sur moins de la moitié de la largeur du substrat et étant reliés électriquement les uns aux autres par leurs extrémités juxtaposées au second bord du substrat, une matière diélectrique (110) étant inter- calée avec les premier et second groupes de contacts ohmiques et étant fixée sur la surface supérieure du substrat, une matière conductrice (103) recouvrant la matière diélectrique et étant isolée électriquement des premier-et second groupes de contacts ohmiques, toutes les parties de cette matière conductrice étant reliées électriquement les unes aux autres par une zone conductrice centrale (105) qui est parallèle aux premier et second bords du substrat et qui se trouve à peu près à mi-distance entre ces deux bords. 6. - Condensateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les premier et second groupes de contacts ohmiques sont recouverts de matière conductrice avant que les contacts ohmiques de chacun de ces groupes soient reliés électriquement entre eux. 7. - Condensateur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il présente au moins une gorge mêtal- lisée conductrice (112) ménagée dans le substrat et reliée électriquement à au moins l'un des premier et second groupes de contacts ohmiques.