Brevet FR2844921A1 — publié le 20040326

CAPACITE VARIABLE La présente invention concerne des composants à capacité variable formés dans un substrat semiconducteur. Un composant dont la capacité varie en fonction d'une consigne de tension est utilisé, par exemple, dans un oscilla5 teur contrôlé en tension (VCO). La figure 1 illustre, partiellement et schématiquement, une vue en perspective d'une première électrode d'une capacité variable formée dans un substrat 1 de silicium faiblement dopé de type N. Le substrat 1 comporte une série de nervures 2 identiques régulièrement espacées et de base plane rectangulaire. La figure 2 illustre, en vue en coupe transversale partielle et schématique, une diode Schottky utilisant la première électrode de la figure 1. La surface de silicium de la 15 première électrode peut être complétée par une région de surface 3 fortement dopée de type N. La région 3 est continue et s'étend dans la surface plane supérieure des nervures 2, le long de leurs parois verticales et dans les surfaces planes du substrat 1 séparant les bases de nervures voisines. Une couche 4 d'un 20 matériau conducteur propre à constituer une barrière Schottky, tel qu'un siliciure de métal recouvre l'ensemble de la structure. La diode Schottky comporte donc une première électrode (cathode) constituée par le substrat 1 comportant les nervures 2 et une seconde électrode (anode) constituée par le siliciure 4. La diode est généralement complétée par des métallisations (non représentées) contactant, en face arrière, le substrat 1 et, en face avant, le siliciure 4. Lors d'une polarisation en inverse (tension positive appliquée sur la cathode), la diode de la figure 2 se comporte comme un condensateur dont l'isolant inter-électrode est la zone de charge d'espace (ou zone déplétée) qui s'étend dans la région 10 3, si elle existe, et le substrat 1. La figure 3 est un graphe illustrant, partiellement et schématiquement, la variation C(V) de la capacité C de la diode de la figure 2 en fonction de la valeur V de la tension inverse. La capacité C chute quand la valeur V augmente. A partir d'une 15 certaine valeur limite ou tension de pincement Vp, la capacité C varie brutalement vers une valeur basse Vth. La tension de pincement Vp est la valeur pour laquelle l'extension de la zone déplétée dans le substrat 1 est telle que le volume des nervures 2 est complètement déserté par les porteurs. La valeur Vth 20 correspond à la valeur limite d'extension de la zone déplétée dans le substrat 1. Un inconvénient d'une capacité variable telle que décrite précédemment réside dans la discontinuité de la variation de capacité autour de la tension de pincement Vp. En raison 25 de cette discontinuité, on est amené en pratique à exclure du fonctionnement la gamme de capacité (fréquence) correspondant à une polarisation en inverse au-delà de la tension de pincement Vp, ce qui ne permet pas de balayer une large gamme de fréquence dans une application à un oscillateur VCO. Pour qu'un oscillateur VCO fonctionne sur une gamme de fréquence étendue, on doit donc utiliser plusieurs dispositifs distincts pour permettre des accords de fréquence sur différentes plages de fréquences. Cela est contraire à la volonté de réduction de taille des dispositifs. Les problèmes exposés précédemment pour une diode Schottky se présentent également si on utilise comme capacité variable une jonction PN polarisée en inverse. Par rapport à la structure de la diode Schottky de la figure 2, une région de 5 surface très fortement dopée de type P est formée dans la région 3 fortement dopée de type N. Le cas échéant, la présence de la région de type P accroît encore la complexité de réglage du dopage de la région 3 de type N. On rappellera que la région 3 est optionnelle; la région fortement dopée de type P peut donc 10 la remplacer. Les problèmes exposés précédemment se posent de façon générale dans toute capacité variable. La présente invention vise à proposer une capacité variable, dont la variation en fonction de la tension est 15 uniforme, exempte de variation brutale. La présente invention vise à proposer une telle capacité qui permette de balayer une plage de capacité étendue. Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit une capacité variable formée dans un substrat semiconducteur de 20 surface nervurée, dont une première électrode est constituée de l'ensemble de nervures saillant du substrat, de portions du substrat sous-jacentes aux nervures et d'au moins des portions du substrat séparant les bases de deux nervures, dont une deuxième électrode est superposée à au moins une partie de la première 25 électrode. Les nervures sont irrégulières en ce qui concerne leur section et/ou leur surface de base plane. Selon un mode de réalisation de la présente invention, deux nervures successives présentent des bases trapézodales non parallélépipédiques de mêmes surfaces. Selon un mode de réalisation de la présente invention, deux nervures successives sont disposées en quinconce. Selon un mode de réalisation de la présente invention, deux nervures successives présentent des bases trapézodales de surfaces différentes. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les bases des nervures sont rectangulaires. Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans 5 la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: la figure 1 est une vue en perspective partielle et schématique d'une électrode classique d'une capacité variable; 10 la figure 2 illustre, en vue en coupe transversale partielle et schématique, une diode Schottky utilisant la première électrode de la figure 1; la figure 3 est un graphe illustrant la variation de capacité en fonction de la tension inverse de polarisation de la 15 diode de la figure 2; la figure 4 illustre, en vue en perspective partielle et schématique, un mode de réalisation d'une électrode d'une capacité variable selon la présente invention; la figure 5 est un graphe illustrant la variation de 20 capacité en fonction de la tension appliquée aux bornes d'une capacité comprenant une électrode ayant la structure de la figure 4; la figure 6 illustre, en vue en perspective partielle et schématique, un autre mode de réalisation d'une électrode 25 d'une capacité variable selon la présente invention; et la figure 7 est un graphe illustrant la variation de capacité en fonction de la tension appliquée aux bornes d'une capacité comprenant une électrode ayant la structure de la figure 6. Par souci de clarté, les mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures et, de plus, les figures ne sont pas tracées à l'échelle. Une caractéristique de la présente invention est de remplacer une électrode comprenant des nervures de géométrie 35 régulière par une électrode comprenant des nervures de géométrie irrégulière en ce qui concerne soit leur section, soit leur surface, soit les deux. La figure 4 illustre, en vue en perspective partielle et schématique, un mode de réalisation d'une électrode 10 d'une capacité variable selon la présente invention. L'électrode 10 est formée dans un substrat semiconducteur 11, par exemple de silicium, faiblement dopé d'un premier type de conductivité, par exemple N. On notera que par substrat, on désigne autant une tranche semiconductrice monocristalline 10 uniformément dopée que des zones épitaxiées et/ou spécifiquement dopées par diffusion/implantation formées sur ou dans un substrat massif. L'électrode 10 est plus particulièrement constituée d'un ensemble de nervures 12 qui présentent une base trapézodale dont les deux côtés parallèles sont de longueurs différentes, 15 Li et L2. Les nervures 12 sont donc irrégulières en ce qui concerne leur section. Selon un mode de réalisation de la présente invention, lorsque les nervures 12 sont irrégulières en ce qui concerne leur section, elles sont, comme l'illustre la figure 4, régu20 lière en ce qui concerne leur surface, c'est-à-dire toutes identiques. De préférence, comme l'illustre la figure 4, les nervures 12 sont disposées en quinconce dans le substrat 11. Ainsi, la surface occupée par deux nervures voisines 12 est réduite par 25 rapport à la surface qu'elles occuperaient si leurs côtés parallèles coplanaires présentaient une même longueur, Ll ou L2. Une telle électrode 10 est ensuite utilisable pour former une capacité variable. Ainsi, dans une diode Schottky l'électrode 10 peut être complétée par une région de surface 30 dopée du même type de conductivité que le substrat 1l mais plus fortement. La diode Schottky est complétée par une anode constituée par une couche superposée de façon conforme et propre à constituer une barrière Schottky. La figure 5 est un graphe qui illustre, partiellement 35 et schématiquement, la variation C(V) de la capacité C d'une telle diode Schottky en fonction de la tension inverse V appliquée entre ses bornes. Par rapport à la courbe homologue C(V) de la figure 3 comportant une électrode classique illustrée en figure 1, la 5 variation C(V) obtenue avec une électrode 10 selon la présente invention est plus uniforme. Cette uniformisation se traduit notamment par une suppression de la discontinuité de la capacité autour d'une tension de pincement. Cette uniformisation est permise par le fait que les nervures 12 sont désertées progres10 sivement pour des tensions successives et non pas brutalement autour d'un seuil. La plage de variation possible de la consigne en tension d'un oscillateur VCO est alors étendue par rapport au cas décrit en relation avec les figures 1 et 2. Il est donc 15 possible de balayer une plage de fréquence plus large en toute sécurité. Les études de l'inventeur ont permis de montrer que, pour une faible plage de tension, par exemple comprise entre 0 et 3V, la capacité minimale est de l'ordre du dixième au vingtième de la capacité maximale. De plus, ce rapport dépend 20 directement des dimensions des nervures. La figure 6 illustre, en vue en perspective partielle et schématique, un autre mode de réalisation d'une électrode 20 d'une capacité variable selon la présente invention. L'électrode 20, formée dans un substrat 21, comporte 25 des nervures 22, 23, 24 et 25 dont les bases trapézodales sont parallélépipédiques, par exemple rectangulaires mais de largeurs inégales L3, L4, L5 et L6. Les nervures 22, 23, 24 et 25 sont donc régulières en section et irrégulières en surface. Alors, comme l'illustre, schématiquement et partielle30 ment, le graphe de la figure 7, on obtient, pour une capacité variable comportant l'électrode 20 de la figure 6, une courbe de variation de la capacité en fonction de la tension V uniforme par paliers. Chaque palier correspond au pincement, à la déplétion totale, de nervures 22, 23, 24 et 25 d'une largeur donnée L3, L4, L5 et L6. La variation en fin de chaque palier est limitée par la présence voisine de nervures non désertées. Selon un mode de réalisation non représenté, une électrode d'une capacité variable peut comporter des nervures simul5 tanément irrégulières en section et en surface. Irrégulière en section, chaque nervure a une base trapézodale telle que ses supports parallèles ont des longueurs différentes. Irrégulières en surface, les bases de différentes nervures présentent des surfaces différentes. La présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, on a considéré précédemment dans la description de l'invention des formes et agencements particuliers des nervures. Toutefois, l'homme de l'art comprendra que la forme 15 des nervures trapézodales et leur nombre peuvent être ajustés en fonction de contraintes liées à une filière technologique particulière. Par ailleurs, on a considéré dans la description précédente de l'invention une capacité variable réalisée sous 20 forme d'une diode Schottky polarisée en inverse, Toutefois, la présente invention s'applique également à toute autre réalisation de capacité variable dans laquelle la zone isolante est constituée par une zone de charge d'espace. Ainsi, la capacité variable peut être réalisée sous forme d'une jonction PN polari25 sée en inverse. De même, la capacité peut être constituée par l'empilement de l'une quelconque des électrodes de base trapézodale décrites précédemment, d'un isolant (oxyde) de type MOS et d'une seconde électrode conductrice. La capacité variable peut être constituée de l'asso30 ciation de plusieurs capacités variables. Par exemple, on forme sur les surfaces supérieures trapézodales planes des nervures de la première électrode des capacités à partir d'une jonction soit de type Schottky, soit de type PN et sur les parois latérales des nervures et entre deux nervures des capacités de type 35 MOS. REVENDICATIONS 1. Capacité variable formée dans un substrat semiconducteur (11; 21) de surface nervurée, dont une première électrode est constituée de l'ensemble de nervures (12; 22, 23, 24, 25) saillant du substrat, de portions du substrat sous5 jacentes aux nervures et d'au moins des portions du substrat séparant les bases de deux nervures, dont une deuxième électrode est superposée à au moins une partie de la première électrode, caractérisée en ce que les nervures sont irrégulières en ce qui concerne leur section et/ou leur surface de base plane. 2. Capacité selon la revendication 1, caractérisée en ce que deux nervures successives (12) présentent des bases trapézodales non parallélépipédiques de mêmes surfaces. 3. Capacité selon la revendication 2, caractérisée en ce que deux nervures successives (12) sont disposées en 15 quinconce. 4. Capacité selon la revendication 1, caractérisée en ce que deux nervures successives (22, 23, 24, 25) présentent des bases trapézodales de surfaces différentes. 5. Capacité selon la revendication 4, caractérisée en 20 ce que les bases des nervures (22, 23, 24, 25) sont rectangulaires.