FR2995599A1 - Dispositif de capteur micromecanique a grille mobile et son procede de fabrication - Google Patents
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Abstract
Dispositif de capteur micromécanique à grille mobile comportant un transistor à effet de champ, avec une région de drain (3), une région de source (4) et dans l'intervalle une région de canal (7) avec un premier type de dopage et une grille mobile (1) séparée de la région de canal (7) par un intervalle (Z). La région de drain (3), la région de source (4) et la région de canal (7) sont dans un substrat (2), et le long des grands côtés (S1, S2) de la région de canal (7) le substrat (2) comporte une région d'oxyde (8).
Description
Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un dispositif de cap- teur micromécanique à grille mobile comportant un transistor à effet de champ, une région de drain, une région de source et dans l'intervalle une région de canal avec un premier type de dopage et une grille mobile séparée de la région de canal par un intervalle. L'invention se rapporte également à un procédé de fabrication d'un tel dispositif de capteur micromécanique à grille mobile. Etat de la technique Bien que l'invention puisse concerner des composants micromécaniques quelconques pour régler les problèmes liés à ces composants, la présente invention sera décrire dans le cas de composants à base de silicium. Le document DE 44 45 553 A 1 décrit un capteur d'accélération à semi-conducteur comportant un substrat semi- conducteur, une structure avec une flèche portée par le substrat semiconducteur et une électrode mobile à une distance prédéfinie au-dessus du substrat semi-conducteur ainsi que les électrodes fixes sur le substrat semi-conducteur. Un segment de capteur formé par l'électrode mo- bile et les électrodes fixes ; il détecte l'accélération à partir de la variation du courant entre les électrodes fixes engendrée par le décalage de l'électrode mobile sur le segment de capteur sous l'effet de l'accélération. Le document EP 0 990 911 Al décrit un capteur micro- mécanique à base d'un transistor à effet de champ ayant une porte (grille) mobile dans une direction parallèle à la surface supérieure du substrat, le mouvement de la porte dans cette direction se traduisant par une augmentation ou une réduction de la région de canal chevauchée par la grille dans au moins un transistor MOSFET.
Les dispositifs de capteur micromécanique à grille mobile (ou porte grille) ont habituellement des circuits d'exploitation pour détecter les plus petits mouvements qui ont en théorie un rapport signal/bruit remarquable et conviennent ainsi pour des applications dans le domaine, par exemple des capteurs d'accélération extrêmement mi- niaturisés.
La figure 3 est une vue en coupe schématique servant à décrire un dispositif de capteur micromécanique connu ayant une porte mobile en coupe verticale. A la figure 3, la référence 2 désigne un substrat de sili- cium avec une région de drain 3, une région de source 4 et dans l'intervalle une région de canal 7 d'un transistor à effet de champ. Une couche d'isolation de porte 5 par exemple une couche d'oxyde couvre la région de canal 7. La référence 6 indique les porteurs de charge de surface sur la couche d'isolation 5. L'intervalle Z, sépare une électrode de grille 1, mobile au-dessus du substrat 2. Une particularité d'un tel dispositif de capteur est le bruit important pour les débattements dans les directions x, y et qui s'observent dans les applications réelles. Ce bruit important provient en grande partie de courants de fuite parasites.
Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et ainsi pour objet un dispositif de capteur micromécanique du type défini ci-dessus caractérisé en ce que la région de drain, la région de source et la région de canal sont dans un substrat et au moins le long des grands côtés de la région de canal, le substrat comporte une région d'oxyde. L'idée de base de l'invention est dans l'application d'une région d'oxyde supplémentaire au moins au niveau des deux grands côtés de la région de canal produisant une réduction des courants de fuite pour minimiser le bruit thermique. La région d'oxyde limite les charges influencées dans la région de canal et le décalage x, y de la porte mobile se traduit par une variation optimale de la capacité conductrice du canal. Dans le cas des dispositifs de capteurs connus, un chevauchement modulaire du canal développe des canaux parasites réduisant la sensi- bilité. Le courant de fuite réduit, selon l'invention, diminue le bruit thermique du dispositif de capteur, ce qui améliore le rapport signal/bruit (SNR). Ce signal SNR permet alors de réaliser les dispositifs de capteurs plus performants ou de les miniaturiser. Selon un développement préférentiel, la région d'oxyde entoure la région de drain, la région de source et la région de canal du substrat suivant une forme annulaire, ce qui a l'avantage de réduire d'une manière particulièrement efficace le canal parasite. Selon un développement préférentiel, la région de canal est couverte par au moins une couche d'isolation de grille d'épaisseur moindre que l'extension en profondeur de la région d'oxyde dans le substrat. Selon un développement préférentiel, la grille mobile est en poly-silicium ce qui permet de structurer simplement la grille. Selon un développement préférentiel, la région d'oxyde est réalisée par un procédé LOCOS (oxydation locale du silicium) ou par un procédé STI, ce qui permet de définir précisément la région d'oxyde. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un dispositif de capteur micromécanique repré- senté dans les dessins annexés dans lesquels les mêmes éléments dans les différentes figures portent les mêmes références. Ainsi : - les figures 1A, 1B sont des vues en coupe schématique servant à décrire un dispositif de capteur micromécanique à grille mobile et son procédé de fabrication selon un mode de réalisation à savoir : - la figure lA est une section verticale, - la figure 1B est une section horizontale le long de la ligne A'A' de la figure 1A, - la figure 2 est une vue en coupe schématique pour décrire un dis- positif de capteur micromécanique à grille mobile et son procédé de fabrication correspondant à un autre mode de réalisation de l'invention, la coupe étant une coupe horizontale analogue à celle de la figure 1B. - la figure 3 est une vue en coupe verticale schématique d'un dis- positif de capteur micromécanique connu à grille mobile. Description de modes de réalisation de l'invention Les figures 1A, 1B sont des vues en coupe schématiques servant à décrire un dispositif de capteur micromécanique à grille mobile (porte mobile) et son procédé de fabrication correspondant à un mode de réalisation de l'invention. Ainsi, la figure lA est une coupe ver- ticale et la figure 1B est une coupe horizontale suivant la ligne AA' de la figure 1A. Aux figures 1A, 1B, la référence 2 désigne un substrat de silicium avec une région de drain 3, une région de source 4 et entre les deux une région de canal 7 d'un transistor à effet de champ. Sur la ré- gion de canal 7, on a une couche d'isolation de grille 5 par exemple une couche d'oxyde. La référence 6 désigne des charges de surface sur la couche d'isolation 5. Une électrode de grille (électrode de porte) 1 est mobile au-dessus du substrat 2 en étant séparée de celui-ci, de l'intervalle Z. A la différence du dispositif de capteur micromécanique connu représenté à la figure 3, le présent mode de réalisation selon l'invention comporte une région d'oxyde 8 dans le substrat 2 et suivant une disposition annulaire autour de la région de drain 3, il y a la région de source 4 qui entoure les grands côtés 51, S2 la région de canal 7 dans le substrat. Dans le mode de réalisation représenté, la profondeur suivant laquelle s'étend la région d'oxyde 8 est supérieure à l'épaisseur de la couche d'isolation de porte 5 qui est par exemple une couche d'oxyde. Mais cela peut être modifié de façon spécifique à l'application. La réalisation de la région d'oxyde 8 peut être faite par exemple en technique LOCOS par oxydation locale du silicium du substrat 2. Pour cela, à l'extérieur de la définition géométrique du canal, on génère un oxyde thermique. De manière caractéristique celui-ci a une épaisseur de l'ordre de 50-2500 nm et de préférence de 100-500 nm. On augmente ainsi d'un multiple, la distance effective grille/canal et ainsi on augmente fortement la tension de seuil. La réalisation peut également se faire en technique STI (isolation par tranchée peu profonde). Pour cela, dans le silicium du substrat 2 qui entoure la région du canal 7 ou aussi dans la région de drain 3 et dans la région de source 4, on réalise une partie en profondeur (tranchée) par gravure et dont la profondeur est de manière caractéristique comprise entre 50 et 2500 nm et de préférence entre 100 et 500 nm. Cette partie en creux, non représentée, est ensuite remplie d'oxyde et est aplatie donnant ainsi la région d'oxyde 8.
En appliquant une tension supérieure à la tension de seuil à la grille mobile 1, il se développe une région de canal 7, conductrice. Si la région de drain 3 et la région de source 4 ont une différence de potentiel et un courant mesurable passe entre les deux régions.
Comme le champ électrique de la grille (porte) 1 ne se répercute non seulement localement sur la région géométrique de la région de canal mais également au-delà de celle-ci, dans le cas des dispositifs de capteur micromécaniques connus, il en résulte le développement de courants de fuite parasites déjà évoqués. lo La région d'oxyde 8 selon l'invention (ici un anneau d'oxyde selon la figure 1B) augmente la tension de seuil ou repousse les porteurs de charge qui ont une polarisation identique à celle des porteurs de charge de la région de canal 7 au-delà de la région de canal définie de manière géométrique.
15 La figure 2 est une coupe schématique servant à décrire un dispositif de capteur micromécanique à porte mobile et son procédé de fabrication correspondant à un autre mode de réalisation de la présente invention, la coupe étant une coupe horizontale analogue à celle de la figure 1B.
20 Dans ce second mode de réalisation, la région d'oxyde 8a, 8b n'est pas une région de forme annulaire comme dans le premier mode de réalisation mais elle se compose de deux régions en forme de bande 8a, 8b dans le substrat 2. Ces régions sont parallèles aux grands côtés 51, S2 de la région de canal 7 et sensiblement de même longueur 25 que la région de canal 7. Pour le reste, la structure du second mode de réalisation est identique à celle du premier mode de réalisation décrit ci-dessus. L'invention s'applique d'une manière particulièrement avantageuse à des capteurs MEMS, miniatures, économiques, très sen- 30 Bibles et robustes tels que par exemple les capteurs inertiels, les cap- teurs de pression, les capteurs d'images, les micros, les commutateurs micromécaniques.
35 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 2 Substrat de silicium 3 Région de drain 4 Région de source 5 Couche d'isolation de grille 7 Région de canal 8 Région d'oxyde 8a, 8b Régions d'oxyde 51, S2 Grands côtés de la région de canal Z Intervalle15
Claims (6)
- REVENDICATIONS1°) Dispositif de capteur micromécanique à grille mobile comportant : - un transistor à effet de champ, - une région de drain (3), une région de source (4) et dans l'intervalle une région de canal (7) avec un premier type de dopage et une grille mobile (1) séparée de la région de canal (7) par un intervalle (Z), dispositif de capteur caractérisé en ce que la région de drain (3), la région de source (4) et la région de canal (7) sont dans un substrat (2), et - au moins le long des grands côtés (51, S2) de la région de canal (7) le substrat (2) comporte une région d'oxyde (8, 8a, 8b).
- 2°) Dispositif de capteur micromécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la région d'oxyde (8) entoure la région de drain (3), la région de source (4) et la région de canal (7) suivant une forme annulaire dans le substrat (2).
- 3°) Dispositif de capteur micromécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la région de canal (7) est couverte par au moins une couche d'isolation de grille (5) qui a une épaisseur inférieure à la profondeur de la région d'oxyde (8) dans le substrat (2).
- 4°) Dispositif de capteur micromécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la porte mobile (7) est en poly-silicium.
- 5°) Procédé de fabrication d'un dispositif de capteur micromécanique ayant une grille mobile, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes consistant à : - réaliser un transistor à effet de champ ayant une région de drain (3), une région de source (4) et dans l'intervalle une région de ca-nal (7) avec un premier type de dopage et une grille mobile (1) séparée d'un intervalle (Z) de la région de canal (7), - la région de drain (3), la région de source (4) et la région de canal (7) étant dans un substrat (2), et - une région d'oxyde (8, 8a, 8b) est réalisée dans le substrat (2) au moins sur les grands côtés (S1, S2) de la région de canal (7).
- 6°) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la région d'oxyde (8, 8a, 8b) est réalisée par un procédé LOCOS (oxydation locale du silicium) ou un procédé STI.15
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