Brevet FR2012003A1 — publié le 19700313

Le présent procédé pour la fabrication de dispositifs semiconducteurs de petites dimensions se réfère particulièrement à un procédé de revêtement de surface de dispositifs semiconducteurs. Il est connu d'utiliser des diffusions d'or pour compenser "l'effet chas-5 se neige" ou appellé dans la littérature Anglo Saxonne "snow plow effect". Cet effet est du à la différence d'affinité des matériaux de dopage pour le silicium et pour le Si02. La présente invention a pour objet le problème posé par la réalisation de diffusion d'or en surface. Elle sera plus particulièrement décrite à titre 10 d'exemple à propos de la fabrication de transistors à effet de champ o/ent une porte du type barrière de Schottky. L'invention consiste à appliquer la substance de revêtement par exemple de l'or ou in alliage d'or è travers l'ou/erture d'un masque plus petite que lasurface que l'on veut revêtir et à distribuer lasibstanœ en chauffant et 15 ainsi en assurant ine diff teion sur la surface qiB l'on veut revêtir. Dans les procédés connis pour la fabrication de transistors à effet de champ à barrière de Schottky en technologie planaire, il est habituel, de produire, premièrement me couche conductrice sir un substrat intrinsèque ou à haute résistivLté de, par exemple, silicium. On oxyde ensuite la surface de 20 silicium, c'est-à-dire dans l'oxygène avec addition de vapeur. On grave alors des fenêtres dans la surface résultante de SiO^ au moyen des techniques connues de photogravure pour les contacts de source et de drain respectivement. Ces derniers sont des contacts ohmiques et sont fabriqués, par exemple, par dépôt sous vapeur d'un matériau tel que l'or et l'antimoine. On allie les cou-25 ches métalliques, avec le silicium à des températures élevées. Ensuite on utilise un nouveau procédé de photogravure pour ouvrir une fenêtre pour le contact de porte entre les contacts déjà existants de source et de drain. Pour la production d'yn contact à barrière de Schottky, on dépose de l'or mais on ne l'allie pas dans la surface de silicium. On rencontre des difficultés dans ce pro-30 cédé aussitôt que la largeur du contact de porte dans le sens du courant entre le drain et la source devient très petite, par exemple, inférieure à 3 pm. La surface de. SiO„ du transistor ayant déjà contenue des fenêtres gravées pour 2 la source et le drain respectivement, elle n'est plus une surface homogène et par suite il n'est pas possible d'appliquer le photo-résistant d'une façon 35 complètement uniformej la couche contient plutôt des endroits d'épaisseur variée. La sensibilité à la lumière du photo-résistant cependant dépend de l'épaisseur de la couche et puisque la couche du fait de son épaisseur non uniforme a une sensibilité à la lumière non uniforme, la définition de très fins dessins telle que par exemple, une électrode de porte de largeur de 1 pu ou 40 moins est difficile à obtenir. 69 20431 2 2012003 Ce qui suit est un procédé qui surmonte les difficultés ci-dessus mentionnées par production des ouvertures nécessaires pour fabriquer les électrodes dans la couche isolante recouvrant le corps du semi-conducteur en une étape, c'est-à-dire par un seul masque photographique et seul un procédé de gravure. 5 On produit de préférence trois contacts à barrière de Schottky pour la production de transistor à e-ffet de champ au silicium du type à barrière de Schottky. Par dessus les électrodes de source et de drain respectivement sont transformées en contacts ohmiques alors que l'électrode de porte est recouverte avec un masque. 10 Un dispositif semi-conducteur fait d'après le procédé auquel on se réfère ci-dessus, dans lequel una électrode de contrôle entoure une première électrode d'un autre type dans une boucls, est caractérisée en ce que l'électrode de contrôle a avantageusement au moins deux points de contact. Les parties d'une deuxième électrode subdivisées peuvent essentiellement entourer l'électrode 15 de contrôle ce qui fait que les zones de contact de l'électrode de contrôle sont extérieures à la région d'influence capacitive de cette seconde électrode. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention, rassortiront mieux de l'exposé qui suit fait en référence aux dessins annexés à ce texte, et qui représentent un mode de réalisation préféré de celle-ci. 20 La figure 1 est une vue de dessus d'une première réalisation d'un tran sistor à effet de champ, La figure 2 est une vue en coupe d'une partie active de ce transistor à effet de champ. Les figures 3, 4 des masques qui sont utiles pour la fabrication du tran-25 sistor de la figure .1, Première réalisation du procédé ; . Le procédé commence avec le substrat de silicium 11, de type de conductivité P à résistance élevée, (figure 2). Le substrat a de préférence une conductivité de 1000 Q cm et est formé de silicium qui est dopé par exemple avec 1,5 x 10 atomes par cm . Habituellement 1'épaisseur du substrat est de l'or- 30 dre de 0,2mm.. On dépose épitaxîalement sur le substrat une couche N 12 de basse -17 3 i- conductivité qui est dopée avec 10 atomes par cm , et qui a une conductivité de 0,1 « cm et une épaisseur d'environ Q,1 ym. On produit sur cette couche une couche continue 8 de SiO^* On peut effectuer celà soit par pulvérisation catho-tique ou préférablement par oxydation du silicium dans une atmosphère d'hydrogène 35 et de vapeur à une température élevée, par exemple 1000 - 1100°C. On recouvre la couche d'oxyde par un moyen connu avec un photo-résistant et au moyen d'un masque les parties 1, 2 et 3 nécessaires pour les électrodes de source, de porte et de drain, sont exposées simultanément. On développe alors le photo-résis-40 tant et les zones exposées de la couche sont supprimées par utilisation d'un BAD ORIGINAL 69 20431 3 2012003 solvant approprié. Il ne reste seulement que les bandes 8 en forme de cadre et les bandes 9 de bordure tandis que la surface entière restant de SiO^ est décapée, par exemple, par l'acide fluorhydrique dilué, d'une façon connue. On doit observer que les fenêtres dans la surface d'oxyde pour les trois 5 électrodes du transistor à effet de champ, c'est-à-dire pour la source, la porte et le drain, sont produites simultanément dans une et même opération de photogravure. Pour cette opération unique, le photorésistant est appliqué sur la surface de Si02 complètement uniforme, plane et régulière. Il en résulte une couche de photorésistant complètement uniforme et d'épaisseur régulière. 10 Seule une telle couche est capable d'obtenir la résolution des lignes très fines, les ponts 8 ont une largeur de l'ordre de 1 tim ou moins, nécessaire dans ce cas. Le masque de ce procédé est décrit dans la figure 3. La ligne frontière 9 dans la figure 3 est utilisée pour délimiter le transistor des dispositifs voisins dans lé même substrat. Une couche de chrome d'une épaisseur de 50 A 15 est d'abord déposée sur les surfaces de silicium exposées 1, 2 et 3, c'est-à-dire au moyen d'un procédé connu de dépôt par vaporisation. Sur la couche de chrome, une seconde couche est appliquée formée de nickel et a une épaisseur d'environ '150 A. A son tour la couche de nickel est surmontée par une couche d'or 20 A. Lebut de la couche de chrome est de fournir un support régulier et 20' un bon fixateur pour le nickel. De plus, elle évite le risque de coagulation de l'or appliqué ensuite. Le nickel produit un contact à barrière de Schottky sur la couche inférieure de silicium. Le but de l'or est de compenser l'effet dit "effet chasse-neige" ou appelé dans la littérature Anglo-Saxonne "snow plow effect". 25 L'effet mentionné sous le nom snow plow effect est un effet secondaire connu et indésirable de la fabrication de dispositifs semiconducteur. Il est du à la différence d'affinité de la plupart des matériaux.de dopage entre le silicium métallique et SiO^. Dans le cas présent, dans lequel le canal est dopé avec de l'arsenic l'oxydation par laquelle les parties de silicium sont con-30 sommées par conversion en oxyde fait reculé en partie le matériau de dopage. Le résultat est une concentration élevée indésirable de matériau de dopage juste au-dessous de la jonction oxyde-silicium. La conductivité du matériau de canal augmente en conséquence jusqu'à un montant indésirable, commrrie l'or a la propriété de réduire la conductivité de silicium dopé, l'effet est essentiellement 35 compensé. Naturellement, l'or ne devient actif que si il a diffusé dans le silicium. Il reste à décrire un traitement thermique approprié. Jusqu'à maintenant, la surface ouverte du silicitan a été recouverte par une fine couche de chrome, une couche de nickel quelque peu plus importante et une très fine couche d'or. Ces métaux ne couvrent cependant que les zônes 4° exposées de silicium car les ponts d'oxyde 8 sont aussi recouverts par le 69 20431 4 2012003 photorésistant durant le dépôt. Le photorésistant a été supprimé après la déposition par vaporisation ce qui fait que les couches de métal de recouvrement ont disparu. Toutes les surfaces libres du semi-conducteur c'est-à-dire les zones pour les électrodes de source, de porte et de drain ont maintenant des 5 contacts à barrière de Schottky. Une nouvelle couche de photorésistant est maintenant appliquée sur la surface entière du transistor. Cette nouvelle couche est recouverte avec le masque décrit dans la figure 4 qui permet l'illumination d'une partie de la surface de la source et de la surface du drain. On peut observer que ce masque 10 comme on le voit en comparaison de la figure 4 et de la figure 3, est conçu dans ses dimensions de telle sorte que même avec des dimensions plus petites des ponts 8, il n'existe pratiquement aucun problème d'alignement puisque même un mauvais alignement important du masque de la figure 4 produira encore un recouvrement suffisant du dessin produit par le masque de la figure 3. En d'au-15 très termes, il est suffisant que la fenêtre 15 du masque de la figure 4 soit placée dans la zone de drain 3 de la figure 1 et que la zône 16 recouvre la zone entière de l'électrode de porte désignée par le numéro 2. Dans ces zones de la surface du transistor qui ont été laissées libres par le masque décrit dans la figure 4, des couches de 30A de chrome, 300 A d'or auxquelles on a âjou-20 té 1% d'antimoine et une autre couche de 10 A de chrome sont ensuite déposées, □n supprime le photograveur maintenant dans un solvant approprié. Le transistor est soumis à un traitement thermique à 500°C pour permettre la formation d'alliage dans les zones de source et de drain. Les couches métalliques mentionnées ont pour but: 25 La couche de chrome de 30 A fournit une bonne adhésion pour le dépôt ul térieur d'or. L'or lui-même sera allié dans les couches inférieures et servira de support pour l'antimoine. La dernière couche de recouvrement de chrome très fine sert finalement de protection pour 1'or-antimqine sous jacent. Elle évite la possibilité de 30 production de projection d'or qui pourrait contaminer les autres parties du dispositif. On a montré qu'avec cette stratification l'or aussi bien que l'antimoine actif sortait très facilement des surfaces respectives. Cette circonstance rend possible le recouvrement important du premier masque décrit dans la figure 3 35 et le second montré dans la figure 4. Bien que ce dernier masque recouvre une partie essentielle des zones d'électrodes que l'on doit traiter, l'or et l'antimoine déposés sur elle, s'étend sur la surface entière de ces électrodes durant le traitement thermique. Comme on l'a expérimenté en pratique, il n'est pas nécessaire de faire le masque de la façon indiquée dans la figure 4. En 40 fait un masque qui recouvrirait essentiellement la surface entière des transis» BAD ORIGINAL 69 20431 5 2012003 tors et ne laisserait libre que seulement des petits trous dans dans zones des les électrodes de drain aussi bien que de source serait suffisant. Comme on l'a déjà indiqué ci-dessus, les métallisations des électrodes individuelles sont finalement renforcées galvaniquement par des procédés connus et les con-5 nexions 5, 6 et 7 sont produites. Pour terminer, la surface entière du transistor peut être neutralisée, c'est-à-dire par dépôt par pulvérisation d'une couche relativement épaisse de SiO^ ou autre verre convenable. Cependant cela n'est pas absolument nécessaire car aucune jonction sensible ni même des matériaux semiconducteurs ouverts ne sont exposés. Le transistor est maintenant 10 prêt à l'utilisation. On doit encore observer que le transistor ci-dessus décrit, du fait de la configuration d'électrode incluse, l'électrode extérieure dans plusieurs configurations de circuits pouvant être connectée à la terre, est bien adaptée pour utilisation dans des circuits intégrés. 1S Deuxième réalisation du procédé : La procédure avec laquelle on commence est la même que celle décrite ci-dessus pour la première réalisation, c'est-à-dire les fenêtres dans la couche d'oxyde pour la source, la porte et le drain sont ouvertes simultanément. Sur ce on élimine les restes du photorésistant et une nouvelle couche de photo-20 résistant est appliquée. L1'ensemble est exposé au moyen du masque décrit dans la figure 4. Dans les zônes illianinées le photorésistant est supprimé sélectivement. Un dépôt d'une première couche de chrome ayant une épaisseur d'environ 10 A et une seconde couche d'or comprenant 1% d'antimoine dont l'épaisseur est d'environ 300 A sont déposées. Ces couches sont déposées aussi bien dans 25 les fenêtres où le photorésistant est supprimé que sur les parties restantes de photorésistant. On dissous alors le photorésistant restant ce qui fait que la couche métallique qui le rscouvre disparaît aussi. La dissolution du photorésistant ouvre de nouveau la fenêtre pour l'électrode de porte. Le transistor est alors soumis à un traitement thermique à 500°C ce qui fait que les 30 couches métalliques dans les zônes de source et de drain s'allient de telle sorte que les contacts dans ces endroits deviennent ohmiques. Comme on l'a décrit pour le premier exemple, ici aussi l'or s'étendra sur la surface entière de ces électrodes. Après alliage, une couche d'or pur de 300 A d'épaisseur est déposée. Le 35 chrome, comme on l'a utilisé dans la première réalisation, n'est pas utilisable ici, puisqu'il en résulterait que l'or colle sur les zônes recouvertes d'oxyae. La couche d'or produit une électrode à contact de Schottky dans la fenêtre de porte ouverte. La nouvelle couche n'adhère pas très bien, sur les couches métalliques déjà existantes dans les zônes de source et de drain aussi bien que 40 sur les ponts d'oxyde 8 on peut enlever par exemple par balayage avec du coton. 69 20431 B 2012003 Pour compenser "snow plow effect" on peut diffuser de l'or dans le silicium de la zone de porte par traitement thermique comme on l'a déjà décrit ci-dessus. Le transistor est maintenant terminé et les couches métalliques constituant les électrodes peuvent être renforcées galvaniquement par un procédé con-5 nu et les contacts nécessaires appliqués. On peut neutraliser la surface du transistor par exemple par application d'une couverture de verre. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins, les caractéristiques principales de l'invention, appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y appor-1G ter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles, sans pour autant sortir du cadre de'~'ladite invention. OR/G/nal 7 2012003 REVENDICATIONS 1.- Procédé pour revêtir une surface semiconductrice limitée caractérisé en ce qu'elle comprend les étapes d'appliquer une substance de revêtement sur une partie de cette surface et de distribuer cette substance par une diffusion de surface. 2.- Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'on applique la substance à travers un masque dont l'ouverture est plus petite que la surface limitée 3.- Procédé suivant la revendication 2 pour revêtir d'or ou d'alliages d'or une région d'électrode d'un semiconducteur au silicium, caractérisé en ce qu' on dépose par vaporisation l'or sur la surface de silicium à travers l'ouverture du masque et que l'on chauffe le simiconducteur pour permettre la diffusion de l'or sur cette surface. BAD OftlGWMAL