Brevet FR2520556A1 — publié le 19830729

La présente invention concerne un dispositif semiconducteur formé sur un substrat isolant et, plus spécialement un transistor MOS (métal-oxyde-semi-conducteur) formé sur un substrat isolant. D'importantes études ont été effectuées à propos de la formation d'une MAD (mémoire à accès direct) et d'une UCT (unité centrale de traitement) par intégration de transistors MOS sur un substrat isolant, par exemple un substrat de saphir. L'un des exemples d'application de la formation de transistors MOS sur un substrat isolant est fourni par un circuit de protection d'entrée destiné à un circuit de type intégré. La figure 1 présente un circuit de protection d'entrée selon la technique antérieure. Comme le montre la figure 1, une tension d'un niveau prédéterminé est délivrée par un circuit d'attaque (non représenté) à l'extrémité d'entrée IN1 du circuit de protection d'entrée. La tension d'entrée est délivrée par l'intermédiaire d'une résistance protectrice Ri au circuit intégré à protéger, lequel est connecté à une extrémité de sortie 01 du circuit de protection d'entrée.Le symbole de référence T1 désigne un transistor MOS formé sur un substrat de saphir. La région de drain D du transistor MOS est connectée à l'extrémité de sortie de la résistance protectrice R1, et sa région de source et son électrode de grille sont connectées à la terre. Une extrémité d'un condensateur Cl est connectée å l'extrémité de sortie 01, et son autre extrémité est connectée la terre. Le transistor MOS T1 est formé sur le substrat de saphir, et ses régions de source, de drain et de canal sont en contact direct avec le substrat de saphir. Ainsi, la région de canal est maintenue dans un état flottant. Puisque l'électrode de grille du transistor MOS est connectée à la source S, le transistor MOS est théoriquement dans l'état non conducteur. Toutefois, puisque la région de canal est maintenue dans l'état flottant, un courant de canal (dA au phénomène dit de Kink) résultant de l'ionisation par impacts circule dans le trajet drain-source lorsqu'unie tension de 5 V est appliquée à l'extrémité d'entrée IN1. Ce courant de canal entratne un courant de fuite de drain du transistor MOS et par conséquent, un courant de fuite d'entrée à l'extré- mit d'entrée INI, Puisque l'intensité du courant d'entrée allant du circuit d'attaque l'extrémité d'entrée IN1 est strictement limitée, il faut empêcher que le courant de fuite d'entrée ait une grande intensit#.- Pour diminuer la longueur de canal du transistor MES T1 dans un but de miniaturisation, il faut augmenter la concentration d'impureté de la région de canal afin d'empêcher l'effet de canal court. Toutefois, dans ce cas, le phénomène de Kink devent notable.Il est possible de maintenir la région de canal a une tension prédéterninée en connectant un conducteur 1 la région de canal afin de diminuer le courant de fuite de drain du transistor MOS Tl. Toutefois, le conducteur l doit btre connecté à la région de canal A l'extérieur de l'aire du transistor NOS. Ceci empêche d'améliorer la densité d'intégration des transistor MOS. Un but de l'invention est de proposer un dispositif semi-conducteur qui est formé sur un substrat isolant et qui pos sede des régions de source, de drain et de canal en contact direct avec le substrat isolant, où la région de source, la région de canal et une électrode de grille sont électriquement connectées entre elles b l'intérieur d'une région semi-conductrice qui est occupée par le dispositif semi-conducteur de façon à maintenir la région de canal A un potentiel prédéterminé. Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif semi-conducteur possédant une densité d'intégration accrue. Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif semi-conducteur dans lequel le phénoméne de Kink est empêché. Le dispositif semi-conducteur selon l'invention comporte : un substrat isolant; des régions de source, de drain et de canal qui sont chacune en contact direct avec le substrat isolant; une électrode de grille formée en regard de la région de canal au travers d'une pellicule isolante de grille. Le dispositif semi conducteur comporte en outre un moyen permettant de connecter lectriquement la région de canal, la région de source et l'élec- ttode de grille entre elles a l'intérieur de la région semiconductrice qui est occupée par le dispositif semi-conducteur. Puisque le potentiel de la région de source est main Dara contant, le potentiel de la région de canal peut également etre maintenu constant. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels - la figure 1 est un schéma de montage d'un circuit de protection d'entrée classique destiné à un circuit intégré et comportant un transistor MOS formé sur un substrat isolant; - la figure 2 est un schéma de montage d'un circuit de protection d'entrée destiné à un circuit intégré et comportant un transistor MOS formé sur un substrat isolant, selon l'invention; - la figure 3 est une vue en plan d'un transistor NOS permettant d'expliquer les positions relatives des régions semiconductrices du transistor MOS et de son électrode de grille selon un mode de réalisation de l'invention; - la figure 4 est une vue en coupe du transistor MOS prise selon la ligne 4-4 de la figure 3;; - la figure 5 est une vue en plan d'un transistor MOS permettant d'expliquer les positions relatives des régions semiconductrices du transistor MOS et de son électrode de grille selon un autre mode de réalisation de l'invention; et - la figure 6 est une vue en coupe du transistor MOS prise suivant la ligne 6-6 de la figure 5. Comme on peut le voir sur la figure 2, une extrémité d'entrée IN2, une extrémité de sortie 02 et un condensateur C2 correspondent respectivement à l'extrémité d'entrée IN1, à l'extrd- mité de sortie 01 et au condensateur Cl de la figure 1, si bien que l'on pourra omettre leur description détaillée. Un transistor MOS T2 est formé sur un substrat de saphir. La région de canal du transistor MOS T2 est électriquement connectée à sa région de source S, laquelle, avec l'électrode de grille, est connectée à la terre. On se reporte maintenant aux figures 3 et 4, sur lesquelles on peut voir qu'il existe des régions semi-conductrices d'un transistor MOS å canal n qui compornat une région de source 11 de type n une + région de drain 12 de type n et une région de canal 13 de type p Ces régions semi-conductrices 11, 12 et 13 sont en contact direct aveé un substrat de saphir 10. Un prolongement 13a de la région de canal 13 de type p , qui est représenté sur le côte droit, est en contact avec la région de source 11 de type n . Une pellicule isolante de grille 14 est formée sur la région de canal 13 de type p (y compris le prolongement 13a). Une électrode de grille 15 est formée sur la pellicule isolante de grille 14 (voir figure 4). Le numéro de référence 16 désigne une pellicule de SiO2 > et le numéro de référence 17 désigne une pellicule de SiO2 formée par déport chimique sous forme vapeur sur les régions semi-conductrices du transistor MOS A canal n. Une électrode d'aluminium 19 (voir figure 4) est placée dans un trou de contact 18a et est formée au travers de la pellicule 17 de SiO2 afin de venir au contact de la + région de source ll de type n L électrode de grille 19 est aussi électriquement connectée à l'électrode de grille 15.Pour obtenir + un contact ohmiqueentre larégion de source11 de type n et l'électrode d'aluminium 19, on effectue un recuit après le dépit de de l'électrode d'aluminium 19 sur la région de source ll de type n afin de former entre elles une pellicule eutectique 20 contenant de l'aluminium et du silicium, Par une détermination appropriée de la durée et de la température du recuit, on peut faire que la pellicule eutectique 20 atteigne le prolongement 13a de la région de canal 13 de type p , corme cela apparat sur la figure 4. Ainsi, la région de source 11 de type n peut etre électriquement connectée a la région de canal 13 de type p .Lorsque la région de ewrce source 11 de type n est maintenue connectée a la terre par l'inter- média ire de 11 électrode d'aluminium 19, le potentiel de la région de canal 13 du type p peut entre maintenu constant. Dans le mtme temps, l'électrode de grille 15 est maintenue connectée à la terre. L'électrode d'aluminium 19, l'électrode de grille 15, la région de de source ll de type n et la région de canal 13 de type p peuvent etre sensiblement électriquement connectées entre elles à l'inté- rieur de la région semi-conductrice du transistor MOS- à canal n Dans le circuit de protection d'entrée présenté sur la figure 2, puisque la région de canal de type p du transistor MOS T2 est maintenue au potentiel de la terre, aucun courant de fuite d'entrée ne circule lorsqu'une tension de niveau normal est appliquée b l'estrdsite d'entrée IN2.Toutefois, meme lorsqu'une pointe de tension est appliquée à l'extrémité d'entrée IN2, celle-ci est régulée par un circuit de filtrage comportant une résistance protectrice d'entrée R2 et le condensateur C2. En résultat, un signal de tension possédant un flanc antérieur régularisé apparat t l'extrémité de sortie 02, c'est-a-dire que la pointe de tension ne peut pas apparaitre à l'extrémité de sortie 02. Le placage du drain du transistor MOS T2 permet qu'un courant circule via la résistance protectrice R2 si une tension d'entrée positive supérieure à un niveau prédéterminé est appliquée à l'extrémité d'entrée IN2.Lorsqu'une tension d'entrée négative ayant une amplitude supérieure à un niveau négatif prédéterminé est appliquée à l'extrémité d'entrée IN2, le transistor MOS T2 passe dans l'état conducteur, si bien que le courant y circule via la résistance protectrice R2. Une tension qui possède un niveau supérieur au niveau prédéterminé ne peut pas apparattre l'extrémité de sortie C2 en raison de la chute de tension aux bornes de la résis- tance protectrice R2, ce qui assure la protection d'entrée Lorsqu ### signal de tension d'entrée possédant un niveau prédéterminé, par exemple une tension de 5 Va est appliqué å l'extrémité d'entrée IN2, le claquage ne se produit pas dans le transistor MOS T2.Ainsi, un signal d'entrée dont le niveau de tension reste invariable apparait å l1extrémité de sortie 02. Puisque la région de source S est maintenue au potentiel de la terre, les porteurs produits par l'ionisation par impacts sont absorbés par la région de source S. Ainsi, le phénomène de Kink est empoche, et le courant de fuite d'entrée n'augmente pas. Comme décrit ci-dessus, puisque la région de source, la région de canal et l'électrode de grille peuvent être électriquement connectées entre elles à l'intérieur de la région semi-conductrice occupée par le dispositif semi-conducteur, la densité d'intégration du dispositif semi-conducteur peut entre augmentée. Un dispositif semi-conducteur selon un autre mode de réalisation de l'invention est décrit en relation avec les figures 5 et 6. Les numéros de référence déjà utilisés sur les figures 3 et 4 désignent, sur les figures 5 et 6, les mêmes parties et on omettra d'en faire une description detaillee Le dispositif semi-conducteur du deuxième mode de réalisation présenté sur les figures 5 et 6 est identique à celui du premier mode de réalisation présenté sur les figures 3 et 4, 9 l'exception du fait que la région de canal 13 de type p et la région desourceil detypen peuvent etre électrique ment connectées sans que la pellicule eutectique 20 > présentée sur la figure 4, qui est formée entre l'électrode d'aîuminiua 19 et 18 la région de source Il de type n soit étendue jusqu'au prolonge- ment 13a. Ainsi, comme on peut le voir sur les figures 5 et 6, une région 22 d'impureté de type p , possédant le mame type de con ductivité que la région de canal 13 de type p , est formée de façon à venir au contact d'une partie de la région de source 11 de type n . L'électrode d'aluminium 19 est disposée au travers d'un trou de contact 18a formé à travers une pellicule 17 de Si02 formée par dépit chimique sous forme vapeur de manière àvenir au contact d'une électrode de grille 15, de la région de source 11 + + de type n et de la région 22 d'impureté de type p .Dans le dis- positif semi-conducteur selon le deuxième mode de rdallsstion, la région de canal 13 de type p est électriquement connectée à la région de source 11 de type n par 1 intermédiaire de la région 22 d'impureté de type p . Dans ce mode de réalisation, on peut former la pellicule eutectique 20 l'interface entre l'électrode d'alu + minium 19 et la région de source 11 de type n et entre 11 électrode d'aluminium 19 et la région 22 d'impureté de type p .Toutefois, il n'est pas nécessaire que la pellicule eutectique 20 soit étendue jusqu'au prolongement 13a de la région de canal 13 de type p Dans les modes de réalisation ci-dessus définis, des cas out été décrits où l'invention était appliquée à des transistors MOS a canal n. L'invention peut également entre appliquée à un transistor MOS canal p et à un transistor CMOS. De plus, dans le deuxième mode de réalisation présenté sur les figures 5 et 6, il est possible de remplacer toute l'aire de la région de source 11 de type + de type n par une région d'impureté de type p . Dans ce cas, il est obtenu un transistor MOS qui possède une région de drain de + type n , une région de canal de type p et une région de source de type p+. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, partir des dispositifs dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention, REVENDICATIONS 1. Dispositif semi-conducteur formé sur un substrat isolant, comprenant une région de source (11), une région de drain (12) et une région de canal (13) formée entre elles, qui sont chacune en contact direct avec le substrat isolant (10), et une électrode de grille (15) formée en regard de la région de canal (13) au travers d'une pellicule isolante de grille (14), caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de connexion permettant de connecter électriquement en commun la région de canal (13), la région de source (11) et l'électrode de grille (15) à l'inte- rieur d'une région semi-conductrice qui est occupée par le dispositif semi-conducteur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractssrisé en ce que ledit moyen de connexion comprend : une électrode métallique (19) qui est en contact avec l'électrode de grille (15) et la région de source (11) par 11 intermédiaire d'un troude contact (18a) formé au travers d'une pellicule isolante (17) disposée sur le dispositif semi-conducteur; et un moyen qui permet qu'une pellicule eutectique (20) contenant le matériau de ladite électrode métallique (19) et le matériau semi-conducteur de ladite région de source (11) soit formésa l'interface de l'électrode métallique (19) et de la région de canal (13) de façon à s'étendre Jusqu'à un prolongement (13a) de la région de canal (13), et qui couple électriquement la région de source (11) et la région de canal (13) par l'intermédiaire de ladite pellicule eutectique (20). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de connexion comprend : une région d'impureté (22) qui est formée sur au moins une partie de la région de source (11), qui est en contact avec la région de canal (13) et qui possède le même type de conductivité que la région du canal (13); et une électrode métallique (19) qui est en contact électrique avec l'électrode. de grille (15), la région de source (11) et la région d'impureté (22) par l'intermédiaire d'un trou de contact (18) formé au travers d'une pellicule isolante (17) placée sur le dispositif semi-conducteur. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'électrode métallique (19) consiste en une élec- trode d'aluminium. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la concentration en impureté de ladite région d'impureté (22) possédant le même type de conductivité que la région de canal (13) est supérieure à la concentration en impureté de ladite région de canal (13).