Brevet FR2669468A1 — publié le 19920522

- Circuit intégré à semiconducteur multicouche La présente invention concerne un circuit intégré à se- miconducteur multicouche et notamment le transfert d'un si- gnal entre des couches voisines du circuit intégré à semi- conducteur multicouche. La figure 3 est une vue en coupe représentant une partie d'un circuit intégré à semiconducteur multicouche classique. Considérant la figure 3, on voit que des régions de cir- -individuelles 3 à 5. La région de circuit électronique 1, par exemple, se compose de régions de semiconducteur du type P 6 et 7, d'une région de semiconducteur du type N 8, d'une région de grille 9 en polysilicium, et de régions d'interconnexion 10 et 11 en matériau métallique La région de circuit électronique 1 est formée sur la région isolante 3 constituée de Si O 2, et est recouverte par la région isolante 4 constituée de Si O 2. La région de circuit électronique 2, par exemple, est composée de régions de semiconducteur du type N 12 et 13, d'une région de semiconducteur du type P 14, d'une région de grille 15 en polysilicium, et de régions d'interconnexion 16 et 17 en matériau métallique La région de circuit élec- tronique 2 est formée sur la région isolante 4 et est re- couverte par une région isolante 5 constituées de Si O 2. Les régions de circuit électronique 1 et 2 sont reliées électriquement entre elles par l'intermédiaire d'un chemin conducteur 18 qui est formé en ménageant un trou traversant dans les régions isolantes 4 et 5 et ensuite en introdui- sant du métal dans le trou traversant. Dans le circuit intégré à semiconducteur multicouche décrit, la région de semiconducteur du type P 6 de la région de circuit électronique 1 formée dans une partie d'une cou- che inférieure est reliée électriquement à la région de se- miconducteur du type N 13 de la région de circuit électroni- que 2 formée dans une partie d'une couche supérieure par l'intermédiaire des régions d'interconnexion 10 et 17 et du chemin conducteur 18, ce qui permet de transférer un si- gnal, par l'intermédiaire du chemin conducteur 18, de la région de circuit électronique 1 à la région de circuit électronique 2, et vice versa. La figure 4 est une vue en coupe représentant une partie d'un autre circuit intégré multicouche classique. Considérant la figure 4, on voit que la région de cir- cuit électronique 2 formée dans une partie d'une couche su- périeure comporte des régions de semiconducteur du type P 19 et 20, et des régions de semiconducteur du type N 21 et 22 pour former un thyristor, au lieu des régions de semi- conducteur 12 et 14 pour former un transistor MOS à canal P de la figure 3 Et une région de semiconducteur du type P 6 d'une région de circuit électronique 1 formée dans une partie d'une couche inférieure est reliée électriquement à la région de semiconducteur du type P 19 de la région de circuit électronique 2 par l'intermédiaire d'une région de semiconducteur du type P en forme de colonne 23 Les réfé- rences numériques autres que celles mentionnées ci-dessus désignent les mêmes éléments que sur la figure 3. Dans le circuit intégré à semiconducteur multicouche décrit ci-dessus, un signal peut être transféré par l'inter- médiaire de la région à semiconducteur en forme de colonne 23, de la région de circuit électronique 1 à la région de circuit électronique 2, ou vice versa. -3- Cependant, le circuit intégré à semiconducteur multicou- che classique transfère le signal entre la partie d'une cou- che supérieure et la partie d'une couche inférieure unique- ment par l'intermédiaire du chemin conducteur 18 par le trou traversant ou la région de semiconducteur en forme de co- lonne 23 et, par conséquent, le chemin conducteur 18 et la région de semiconducteur en forme de colonne 23 fonctionnent simplement comme des éléments passifs qui occupent inutile- ment de la place dans une "puce" de semiconducteur. L'invention a donc pour but de créer un circuit intégré à semiconducteur multicouche présentant une plus large inté- gration. A cet effet, l'invention concerne un circuit intégré à semiconducteur multicouche dont une pluralité de régions de circuit électronique sont formées pour lâtre superposées dans trois dimensions par l'intermédiaire de régions isolantes indi- viduelles, caractérisé en ce qu'il comprend une région de semiconducteur en forme de colonne formée pour traverser la région isolante pour relier électriquement les régions de circuit électronique voisines entre elles; et une électrode de commande prévue à proximité de la région de semiconducteur en forme de colonne à l'intérieur de la région isolante afin de commander la conductibilité électrique de la région de semiconducteur en forme de colonne en réponse à un signal de commande appliqué à l'électrode de commande. Selon l'invention, puisqu'un signal est transféré entre une partie d'une couche supérieure et une partie d'une cou- che inférieure par l'intermédiaire d'une région de semicon- ducteur en forme de-colonne dont la conductibilité électri- que est commandée par un signal de commande appliqué à une électrode de commande, la zone qui constitue la région de semiconducteur en forme de colonne fonctionne comme un élé- ment actif, ce qui permet d'améliorer l'intégration du cir- cuit intégré à semiconducteur multicouche dans son ensemble. Ces objets, caractéristiques, aspects et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lumière de la descrip- tion détaillée donnée ci-après en liaison avec les dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe représentant une forme de réalisation d'un circuit intégré à semiconducteur multi- couche selon l'invention; la figure 2 est une vue en coupe représentant une autre forme de réalisation d'un circuit intégré à semiconducteur multicouche selon l'invention; la figure 3 est une vue en coupe représentant une partie d'un circuit intégré à semiconducteur multicouche classique; et la figure 4 est une vue en coupe représentant une partie d'un autre circuit intégré à semiconducteur multicouche classique. La figure 1 est donc une vue en coupe représentant une forme de réalisation d'un circuit intégré à semiconducteur multicouche selon l'invention. Considérant la figure 1, on voit que des régions de cir- cuit électronique 1 et 2 sont formées pour être superposées dans trois dimensions par l'intermédiaire de régions isolan- tes individuelles 3 à 5. La région de circuit électronique 1, par exemple, se compose dé-régions de semiconducteur du type P 6 et 7, -î'une région de semiconducteur du type N 8, d'une région de grille 9 en silicium polycristallin, ou "polysilicium", et d'une région d'interconnexion 11 en matériau métallique Par con- - séquent, un transistor MOS est formé par les régions de se- miconducteur 6 à 8 et la région de grille 9 La région de circuit électronique 1 est formée sur la région isolante 3 constituée de Si O 2, et est recouverte par la région iso- lante 4 constituée de Si O 2. La région de circuit électronique 2, par exemple, se compose de régions de semiconducteur du type P 19 et 20, d'une région de grille 15 en polysilicium, et de régions d'interconnexion 16 et 17 en matériau métallique Par con- séquent, un transistor MOS à canal N est formé par les ré- gions de semiconducteur 20 à 22 et la région de grille 15. La région de circuit électronique 2 est formée sur la région isolante 4 et recouverte par les régions isolantes 5 cons- tituées de Si O 2. Les régions de circuit électronique 1 et 2 sont reliées électriquement entre elles par l'intermédiaire d'une région de semiconducteur du type P en forme de colonne 24 De plus, des régions d'électrode de grille 25 et 26 sont pré'vues à proximité de la région de semiconducteur en forme de colonne 24, le long de la direction longitudinale de la région de semiconducteur en forme de colonne 24, à l'intérieur de la région isolante 4. La région de semiconducteur en forme de colonne 24 peut être formée par un procédé de croissance épitaxiale ou peut être formée en utilisant ce qui est appelé un germe, qui est largement connu dans un procédé de fabrication d'un dis- positif à semiconducteur multicouche La région d'électrode de grille 25 est constituée de matériau métallique, et est formée par le même procédé de fabrication que celui employé pour la région d'interconnexion 11 L'autre région d'élec- trode de grille 26 est constituée de polysilicium, et est formée par le même procédé de fabrication que celui employé pour la région de grille 9. 6 - Dans le circuit intégré à semiconducteur multicouche de la figure 1, la région de semiconducteur du type N 21 de la région de circuit électronique 2 formée dans une par- tie d'une couche supérieure est reliée électriquement à la région de semiconducteur du type P 6 de la région de circuit électronique 1 formée dans une partie d'une couche inférieu- re, par l'intermédiaire de la région de semiconducteur du type P 19 et de la région de semiconducteur en forme de co- lonne 24 Dans ce cas, la conductibilité électrique de la région de semiconducteur en forme de colonne 24 est comman- dée par les signaux de commande appliqués aux régions d'é- lectrode de grille 25 et 26 Par exemple, lorsque des si- gnaux de commande à tension positive sont appliqués aux ré- gions d'électrode de grille 25 et 26, respectivement, des couches de déplétion 27 sont formées dans la région de semi- conducteur en forme de colonne 24 aux emplacements corres- pondant aux régions d'électrode de grille 25 et 26, respec- tivement, comme cela est représenté sur la figure 1 Et la taille des couches de déplétion 27 est réglée en changeant la valeur de la tension des signaux de commande appliqués aux régions d'électrode de grille 25 et 26, ce qui permet de commander la conductibilité électrique de la région de semiconducteur en forme de colonne 24 C'est-à-dire que la région de semiconducteur en forme de colonne 24 fonctionne comme un transistor à effet de champ à jonction en coopéra- tion avec les régions d'électrode de grille 25 et 26, dans lequel la conductibilité électrique du canal est commandée par les couches de déplétion 27. Les signaux de commande à appliquer aux régions d'élec- trode de grille 25 et 26 peuvent peuvent être semblables en- tre eux ou différents l'un de l'autre Dans le cas o les signaux de commande sont différents l'un de l'autre, le transistor a la même fonction que deux transistors à effet de champ montés en série. -7- Dans le circuit intégré à semiconducteur multicouche de la figure 1, puisque la région de semiconducteur en forme de colonne 24 fonctionne comme un transistor à effet de champ à jonction en coopération avec les régions d'électrode de grille 25 et 26, il est possible d'utiliser la zone corres- pondant à la région de semiconducteur en forme de colonne 24 comme un élément actif, ce qui permet d'améliorer l'inté- gration du circuit intégré à semiconducteur multicouche dans son ensemble. De plus, la région d'électrode de grille 25 peut être facilement formée par le même procédé de fabrication que celui employé pour la région d'interconnexion 11, et une autre région d'électrode de grille 26 peut aussi facilement être formée par le même procédé de fabrication que celui employé pour la région de grille 9. La figure 2 est une vue en coupe représentant une autre forme de réalisation d'un circuit intégré à semiconducteur multicouche selon l'invention. Considérant la figure 2, on voit qu'une région de cir- cuit électronique 2 formée dans une partie d'une couche su- périeure comporte des régions de semiconducteur du type P 12 et 13 et une région de semiconducteur du type N 14 pour former un transistor MOS à canal P, au lieu des régions de semiconducteur 19 à 22 de la figure 1 De plus, la région de semiconducteur du type P 13 de la partie d'une couche supérieure est reliée électriquement à une région de semi- conducteur du type P 6 d'une partie d'une couche inférieure par l'intermédiaire d'une région de semiconducteur du type N en forme de colonne 28, au lieu de -la région de semicon- ducteur du type P en forme de colonne 24 de la figure 1. Les références numériques autres que celles mentionnées ci- dessus désignent les mêmes éléments que sur la figure 1. Dans le circuit intégré à semiconducteur multicouche de la figure 2, la région de semiconducteur en forme de co- lonne 28 fonctionne comme un transistor MOS en coopération avec les régions d'électrode de grille 25 et 26 C'est-à- dire que lorsque des signaux à tension négative sont appli- qués aux régions d'électrode de grille 25 et 26, respecti- \ement, une région de canal P est formée dans la région de semiconducteur en forme de colonne 28, de la région de semi- conducteur du type P 13 à la région de semiconducteur du type P 6, grâce à quoi les régions de circuit électronique 1 et 2 sont reliées électriquement entre elles par l'inter- médiaire de la région de semiconducteur en forme de colonne 28 Dans ce cas, pour former sûrement la région de canal P, il est préférable de fixer l'épaisseur de la région iso- lante 4 située entre la région de semiconducteur du type P 13 et la région d'électrode de grille 25, l'épaisseur de la région isolante 4 située entre les régions d'électrode de grille 25 et 26, et l'épaisseur de la région isolante 4 si- tuée entre la région d'électrode de grille 26 et la région de semiconducteur du type P 6, à des valeurs inférieures. Dans le circuit intégré à semiconducteur multicouche de la figure 2, puisque la région de semiconducteur en forme de colonne 28 fonctionne comme un transistor à effet de champ MOS en coopération avec les régions d'électrode de grille 25 et 26, il est possible d'utiliser la zone correspondant à la région de semiconducteur en forme de colonne 28 comme un élément actif, ce qui permet d'améliorer l'intégration du circuit intégré à semiconducteur multicouche dans son ensemble. Dans les formes de réalisation décrites ci-dessus, la longueur du canal dépend de l'épaisseur totale des régions d'électrode de grille 25 et 26 En conséquence, il est pos- sible d'augmenter la longueur du canal en augmentant le nom- bre de régions d'électrode de grille 25 et 26. -9- Dans les formes de réalisation décrites ci-dessus, bien qu'une électrode de commande prévue à proximité de la région de semiconducteur en forme de colonne 24 ou 28 soit une structure à deux couches formée par les régions d'électrode de grille 25 et 26, l'électrode de commande peut être une structure à une seule couche ou une structure à trois cou- ches ou plus. Dans les formes de réalisation décrites, le circuit in- tégré à semiconducteur selon l'invention est à deux couches, mais l'invention est également applicable à un circuit in- tégré à semiconducteur à trois couches ou plus Par exemple, dans le cas d'un circuit intégré à semiconducteur du type à N couches, le transfert du signal entre une couche m et la couche (m + 1, o m la couche m et la couche (m + 1), et une électrode de com- mande prévue à proximité de la région de semiconducteur en forme de colonne. L'invention est également applicable au cas o la con- ductibilité du type N et la conductibilité du type P dans les formes de réalisation décrites sont permutées. De plus, la région de circuit électronique a prévoir dans chaque couche n'est pas limitée aux régions de circuit électronique 1 et 2 représentées sur les figures 1 et 2, d'autres régions de circuit électronique pouvant être em- ployées. Bien que l'invention ait été décrite et illustrée en détail, on comprendra que ce n'est qu'à titre d'illustration et d'exemple et la présente descript-ion ne saurait être in- terprété comme constituant une limitation de l'invention. Le principe et le cadre de l'invention ne sont limités que par les revendications annexées. - Revendications 1 Circuit intégré à semiconducteur multicouche dont une pluralité de régions de circuit électronique sont formées pour être superposées dans trois dimensions par l'intermé- diaire de régions isolantes individuelles, caractérisé en ce qu'il comprend: une région de semiconducteur en forme de colonne ( 24; 28) formée pour traverser la région isolante ( 4) pour relier électriquement les régions de circuit électronique voisines ( 1, 2) entre elles; et une électrode de commande ( 25, 26) prévue à proximité de la région de semiconducteur en forme de colonne ( 24; 28) à l'intérieur de la région isolante ( 4) afin de commander la conductibilité électrique de la région de semiconducteur en forme de colonne ( 24; 28) en réponse à un signal de com- mande appliqué à l'électrode de commande ( 25, 26). 2 Circuit intégré à semiconducteur multicouche selon la revendication 1, caractérisé en ce que les régions de cir- cuit électronique voisines ( 1, 2) comprennent des régions de semiconducteur d'un premier type de conductibilité ( 6, 7, 19, 22), respectivement, et en ce que la région de semi- conducteur en forme de colonne, dudit premier type de con- ductibilité ( 24), est connectée entre des régions indivi- duelles de semiconducteur dudit premier type de conducti- bilité ( 6, 19) des régions de circuit électronique voisines ( 1, 2). 3 Circuit intégré à semiconducteur multicouche selon la revendication 1, caractérisé en ce que les régions de cir- cuit électronique voisines ( 1, 2) comprennent des régions il - de semiconducteur d'un premier type de conductibilité ( 6, 7, 12, 13), et en ce que la région de semiconducteur en for- me de colonne ( 28), d'un second type de conductibilité, est connectée entre des régions individuelles de semiconducteur dudit premier type de conductibilité ( 6, 13) des régions de circuit électronique voisines ( 1, 2). 4 Circuit intégré à semoconducteur multicouche selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'électrode de commande ( 25, 26) est en silicium polycristallin. Circuit intégré à semiconducteur multicouche selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'électrode de commande ( 25, 26) est en matériau métallique. 6 Circuit intégré à semiconducteur multicouche selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'électrode de commande ( 25, 26) est constituée par une pluralité de régions d'électrode de commande ( 25, 26) prévues le long de la direction longitudinale de la région de semiconducteur en forme de colonne ( 24; 28). 7 Circuit intégré à semiconducteur multicouche selon la revendication 6, caractérisé en ce que des signaux de com- mande différents les uns des autres sont appliqués aux ré- gions d'électrode de commande ( 25, 26), respectivement. 8 Circuit intégré à semiconducteur multicouche selon la revendication 6, caractérisé en ce-que des signaux sembla- bles entre eux sont appliqués aux régions d'électrode de commande ( 25, 26), respectivement.