Brevet FR2009170A1 — publié le 19700130

2Q09170 L'invention concerne un transistor à effet de èhamp du type à électrode de porte isolée, comportant un corps semiconducteur, dont au moins une partie est d'un type de conduction, partie qui comporte des zones superficielles diffusées juxtaposées, 5 constituant les zones de source et de â'reCïn alors qu'une couche isolante est appliquée sur une surface de ladite partie et sur les zones superficielles dont l'épaisseur mesurée à l'endroit desdites zones superficielles est supérieure à celle mesurée entre lesdites zones, alors que 1'impureté déterminant le type de 10 conduction desdites zones superficielles est également présente dans les parties épaisses de la couche isolante situées sur les zones superficielles et l'électrode porte est appliquée sur la mince partie de la couche isolante située entre les zones superficielles, les zones superficielles étant en contact par l'inter-*5 médiaire d'ouvertures ménagées dans la couche isolante, ainsi qu'un procédé permettant de réaliser un tel transistor à effet de champ• Un transistor à effet de champ du genre précité est décrit par S.R. Hofstein dans "IEEE Transactions on Electron Devices", ED-13, n° 12, février 1966, pages 222 à 237 j voir notamment page 223, et offre l'avantage de pouvoir être réalisé, d'une façon simple, sans utilisation d'une technique de photogravure de précision, c'est-à-dire permettant d'appliquer ou d'enlever par exemple une zone ou une couche à un endroit rigoureusement déter— 25 miné par rapport aux zones ou couches préalablement appliquées ou enlevées. L'électrode porte peut être appliquée, par exemple avec une tolérance relativement grande, sur la mince couche isolante comprise entre les zones de source et de drain. Les Propriétés élec— 30 triques du transistor à effet de champ ne seront guère influencées, si l'éle-ctrode porte chevauche les parties épaisses de la couche isolante appliquées sur les zones d'alimentation et d'évacuation, du fait que les capacités provoquées par ce chevauchement entre l'électrode porte et les zones dralimentation et 35 d'évacuation, capacités qui sont de préférence aussi petites que possible, seront petites, étant donné la grande épaisseur de la couche isolante appliquée sur les zones d'alimentation et d'évacuation, alors que par suite de la présence de la mince partie de la couche isolante, il est possible d'obtenir une capacité 40 élevée entre l'électrode porte et la partie du corps semiconduc 16332 2 2009170 teur située entre les zones d'alimentation et d'évacuation, ou zone de canal. " • ■ . Si, dans la suite du présent mémoire, on fait observer que la couche isolante comprise;entre la source et le drain (les 5 zones superficielles) est plus mince que celle appliquée sur lesdites zones et que l'électrode porte est appliquée sur la partie mince comprise entre ces zones, il faut entendre que la partie mince de la couche isolante et l'électrode porte peuvent chevaucher quelque peu les zones d'alimentation et d'éva— 10 cuation. La couche isolante dudit transistor à effet de champ connu n'est épaisse qu'au—dessus des zones d'alimentation et d'évacuation. D'une façon générale, on a appliqué sur la couche isolante des couches métalliques connectées, à l'électrode porte et à 15 la source et au drain par l'intermédiaire d'ouvertures ménagées dans la couche isolante, couches métalliques qui peuvent en outre être connectées à d'autres composants insérés dans le corps semiconducteur et/ou peuvent comporter des conducteurs de connexion, alors que ces couches métalliques sont appliquées, au 20 moins en majeure partie, sur des parties de la couche isolante non situées sur la source et le drain. Toutefois, ces couches métalliques sont de préférence appliquées sur une couche isolante épaisse, entre autres afin de limiter la capacité se produisant entre les couches métalliques et les corps semiconducteurs 25 et le risque de court—circuit se produisant entre une couche métallique et le corps semiconducteur par l'intermédiaire d'un trou (pinhole) dans la couche isolante. L'invention vise entre autres à fournir un transistor à effet de champ muni d'une couche isolante, qui n'est épaisse 30 qu'entre la source et le drain et qui présente en outre les mêmes avantages que lesdits transistors connus et, de plus, se prête à une réalisation simple. Dans un transistor à effet de champ du genre précité conforme à l'invention, la couche isolante située hors de la partie 35 de la couche s'étendant sur et entre les zones superficielles est plus épaisse"que les parties appliquées sur les zones super ficielles, alors qu'elle est munie d'une partie dé couche voisi ne du corps semiconducteur qui est pratiquement exempte de ladx te impureté ét qui fournit un effet de masquage contre la diffu-sion de cette impureté, et d'une autre partie de couche située 16332 3 2009170 sur la première ^arii> de couche et conte iai t ladite impureté» Suivant un procédé permettant de réaliser un tel transistor ' à effet de champ eu type à électrode de porte isolée, selon lequel une couche isolarte contenant une impureté à diffuser est 5 appliquée sur la surface d'une partie d'un type de conduction déterminé d'urteorps semiconducteur au—dessus des zones superficielles voisines à appliquer, constituant la source et le drain, l'impureté est diffusée dans le corps semiconducteur afin de former des zones superficielles à partir de ladite couche isolart-10 te et une couche isolante est appliquée entre les zones superficielles sur le corps semiconducteur, couche isolante qui est plus mince que la couche isolante contenant l'impureté, après quoi l'élëctrode de porte est appliquée sur la couche mince et les zones superficielles sont contactées, une couche isolante 15 de masquage est d'abord appliquée sur ladite surface de façon à laisser nues les parties situées au—dessus et entre les zones superficielles à appliquer, après quoi la couche isolante contenant l'impureté à diffuser est appliquée sur la couche de masquage et sur les parties de ladite surface situées au—dessus 20 des zones superficielles à appliquer. En réalisant ladite couche de masquage et en appliquant ensuite la couche isolante contenant l'impureté à diffuser non seulement au-dessus des zones d'alimentation et d'évacuation à 25 appliquer, mais également au-dessus de la susdite couche de masquage, on obtient une couche isolante, qui n'est mince qu'entre les zones d'alimentation et d'évacuation, sans qu'il soit nécessaire de recourir, à cet effet, à la susdite technique de photogravure de précision. La couche isolante résultante ainsi obtenue contient la couche de masquage, la couche contenant l'im— 30 pureté et la couche mince isolante. La couche de masquage est de préférence constituée par au moins un des matériaux oxyde de silicium et nitrure de siiLicxum. La couche contenant l'impureté peut être constituée par de l'oxyde de silicium et dopée par exemple avec du phosphore si 35 l'on veut obtenir des zones superficielles du type n ou avec du bore si l'on veut obtenir des zones superficielles du type p. Si le corps semiconducteur est constitué par du silicium, la couche mince isolante peut être constituée par de l'oxyde lie silicium et obtenue par un traitement d'oxydation pendant la diffusion de l'impureté. La couche mince isolante s'obtient éga— 16332 2009170 lement par dépôt de aai' ériau isolant, dépôt lors duquel une autre couche mince est appliquée sur la couche contenant l'impureté. Sur au moins une partie de son épaisseur, la couche mince 5 isolante peut4être constituée par du nitrure de silicium ou de 1'oxyde d'aluminium. La description ci-après, en se référant au dessin annexé, le tout donné à titre d'exemple, fera /bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. 10 La fig. 1 montre schématiquement une section transversale suivant le plan 1,1 de la fig# 2 d'un exemple de réalisation d'un transistor à effet de champ conforme à l'invention. La fig. 2 montre schématiquement une vue en plan de ce transistor à effet de champ. 15 Le transistor à effet de champ du type à électrode de porte isolée représenté sur les fig. 1 et 2 contient un corps semiconducteur (1) d'un type de conduction, dans lequel sont diffusées deux zones superficielles juxtaposées (2) et (3) du second type de conduction, qui constituent la source et le drain. Sur 20 la surface (*r) dudit corps semiconducteur (l) et sur les zones (2) et (3) est appliquée une couche isolante (5), (6), (7) dont l'épaisseur mesurée au—dessus desdites zones superficielles (2) et (3) dépasse celle mesurée entre lesdites zones. L'impureté déterminant le type de conduction des zones (2) et (3) se trouve 25 également dans les parties épaisses de la couche isolante (5)i (6), (7) situées sur les zones (2) et (3)» L'électrode porte (8) est appliquée sur la mince partie (ô) de la couche isolante (5), (ô), (7)« Les zones (2) et (3) sont en contact par l'intermédiaire des ouvertures (9) et (10) ménagées dans les couches 30 isolantes (5), (6), (7)« Conformément à l'invention, la partie (5)> (7) de la couche - isolante (5)» (6), (7) située hors de la partie (5), (6) de cette couche appliqueée sur et entre les zones (2) et (3) est plus épaisse que les parties (5) appliquées sur les zones super— 35 ficielles (2) et (3) et contient une partie de couche (7) voisine du corps semiconducteur (l), qui est pratiquement exempte de ladite impureté et qui fournit un effet de masquage contre la diffusion de cette impureté, et une autre partie de couche (5) située sur ladite partie de couche (8) et contenant ladite impu-reté. 16332 5 2009170 Le transistor à effet de champ décrit ci-dessus se réalise en appliquant une eoucie isolante (5) contenant l'impureté à diffuser qur la face ('*) du cor-,s semiconducteur d'un type de conduction au-dessus des zones superficielles (2) et (3) justapo«» sées, de l'autre type de conduction, ces zones constituant la source et le drain et en faisant diffuser cette impureté à partir de la couche (5) dans le corps semiconducteur (!) de façon à obtenir les zones diffusées (2) et (3) et en appliqant ensuite entre les zones (2) et (3) ainsi obtenues une mince couche, isolante (6) sur laquelle est appliquée l'électrode porte (8). Les zones (2) et (3) sont en contact par l'intermédiaire des ouvertures (9) et (10) ménagées dans la couche (5)» Les zones (2) et (3) sur lesquelles est appliquées une épaisse couche isolante (5) tout comme la mince couche isolante (6) située entre, ces zones et munie de l'électrode porte (8) s'obtiennent sans utilisation d'une technique de photogravure de précision. Dans les procédés connus du genre précité, la couche mince isolante (6) est appliquée a 1'endroit de la couche épaisse isolante (5)» (7) simultanément avec une couche mince isolante, de sorte que seule une couche épaisse isolante est présente sur les zones (2) et (3) et que les couches métalliques (11), (12) et (13) qui sont connectées respectivement aux zones (2) et (3) et l'électrode porte (8) et qui peuvent être reliées à des conducteurs de connexion doivent être appliquées sur une mince couche isolante. Cette méthode présente l'inconvénient que la capacité se produisant entre les couches métalliques et le corps semiconducteur est élevée, alors que le risque de court—circuit se produisant par l'intermédiaire d'un trou (pinhole) dans la couche mince isolante est relativement élevé. Le procédé cotmr-me à l'invention évite ces inconvénients. Conformément à l'invention, on applique sur la surface (k) du corps semiconducteur (l) d'abord une couche isolante de masquage (7)» couche qui laisse nue la surface située au—dessus et entre les zones (2) et (3) à appliquer, après quoi la couche isolante (5) contenant l'impureté à diffuser est appliquée sur la couche de masquage (7) et sur la surface (^) située au-dessus des zones (2) et (3)» Ainsi, on obtient une couche isolante (5)» (6),. (7)} qui n'est mince qu'entre les zones (2) et (3)> sans recourir à la technique de photogravure de précision» Il y a lieu de noter que pour faciliter la compréhension du 69 16332 6 2009170 dessin., les zones diflasées (2) et (3)j l'électrode porte (8) les couches métalliques (11.), (12) et (13) sont représentées par des traits interrompus sur la fig. 2. C'est ainsi qu'on part par exemple d'un corps ën "éxliciuia S raonocristallin (l) du type p, d'une résistivité d'environ 10 ohm/crn et d'une épaisseur d'environ 200yum. Les autres dimensions du corps (l) ne sont pas importantes mais doivent permettre l'application du transistor à effet de champ* D'une façon générale, on applique dans un- corps en silicittn 10 simultanément plusieurs transistors à effet de champ, après quoi le corps en silicium ainsi obtenu est subdivisé en plusieurs transistors à effet de champ séparés. On applique sur le corps (l) de façon usuelle, par exemple par oxydation, une couche en oxyde de silicium d'une épaisseur 15 d'environ 0,3yu. Suivant la méthode de photogravure usuelle, on pratique dans cette couche une ouverture, après quoi on applique la couche de masquage (7) munie de l'ouverture (lï). Les dimensions de l'ouverture (l4) sont d'environ 65 um x 950 um. / / Sur la couche (7) et dans l'ouverture (1k) est ensuite dépo— 20 sée, de façon usuelle, une couche d'oxyde de silicium (5) fortement dopée avec du phosphore, d'une épaisseur d'environ 1 yaa. Cela se fait par exemple en chauffant le corps de silicium à une température d'environ 500°c et en faisant passer au-dessus du corps semiconducteur de l'azote contenant du tétra—éthoxy— 25 silane et du tétraméthylphosphate de façon a obtenir une couche en oxyde de silicium contenant du phosphore d'une épaisseur d'environ lu. / Ensuite, une ouverture oblongue (15) de dimensions d'environ 1000 ja. x 15 um est ménagée dans la couche (5) suivant la 30 méthode de photoréservation. Comme il ressort de la fig. 2, l'ouverture (it) préalablement ménagée et à nouveau fermée à ses extrémités (l6) auxquelles peuvent, au besoin, être enlevées de petites parties de la couche de masquage (7i• D'une façon générale, un tel enlèvement ne sera cependant pas nécessaire, 35 la position de l'ouverture (15) n'étant pas très critique. En chauffant pendant environ deux heures à une température d'environ 1100° C dans, une atmosphère inerte, du phosphore est diffusé dans le corps (1) à partir de la couche (5) de façon à former les zones diffusées (2) et (3)i d'une épaisseur d'envi— ko ron 3 Ptn* 16332 7 2009170 Le chauffage per.t âtre effectué temporairement dans une atmosphère oxydante de façon à former la mince couche isolante en oxyde de silicium (5) d'une épaisseur d'environ 0,1 u. La couche (6) s'obtient également par dépôt d'oxyde de silicium, dépôt 5 lors duquel se forme la couche (6) s'étendant sur la couehe (5). Ensuite, les ouvertures (9) et (10) de dimensions d'environ 850 jura x 10 um sont ménagées dans la couche (5), suivant la / / méthode de photogravure usuelle, après quoi l'électrode porte (8) et les couches métalliques (11), (12) et (13) sont appli— 10 quées de façon usuelle. L'électrode porte (8) et les couches métalliques (il), (12) et (13) peuvent être constituées par de 1'aluminium. Des conducteurs d'alimentation peuvent être reliées de façon usuelle aux couches métalliques (il), (12) et (13) et le » -15 transistor à effet de champ ainsi obtenu peut être muni de façon d'une envelopp e. Il est évident que l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites ci—dessus et que le technicien pourra en réaliser de nombreuses variantes sans sortir du cadre de 20 l'invention. C'est ainsi que le corps en silicium peut présenter le type de conduction n et les zones (2) et (3) le type de conduction j3, alors que la couche (5) et les zones (2) et (3) peuvent être dopées avec du bore. La couche de masquage (7) peut être constituée, au moins partiellement, par du nitrure de sili— 25 cium. Un transistor à effet de champ conforme à l'invention peut présenter une autre configuration que celle décrite ci-dessus. C'est ainsi que les zones (2) et (3) peuvent constituer une configuration interdégitée. Le corps semiconducteur du transistor à effet de champ peut contenir plusieurs autres composants,tels 30 que d'autres transistors à effet de champ, des traiH-stors bipolaires, des diodes, des résistances et des condensateurs, composants qui peuvent être interconnectés. Le corps semiconducteur du transistor à effet de champ peut être constitué par une couche mince semiconductriee d'un type de conduction, appliquée 35 sur un support isolant, les zones d'alimentation et d'évacuation s'étendant sur toute l'épaisseur de la couche semiconductrice et peuvent présenter un type de conduction ou l'autre. 16332 8 2009170 a S V S N D I CATIONS 1.. Transistor à effet de champ du type à électrode porte isolée, contenant un corp3 semiconducteur dont au moins une partie est d'un type de conduction, partie qui contient deux zones 5 superficielles diffusées juxtaposées constituant la source et le drain, alors que sur une surface de ladite partie et sur les zones superficielles ainsi obtenues est appliquée une couche isolante, dont l'épaisseur mesurée à l'endroit des zones superficielles dépasse celle mesurée entre lesdites zones, alors que 10 l'impureté déterminant le type de conduction des zones superficielles est également présente dans la partie épaisse de la couche isolante située sur les zones superficielles et l'électrode porte est appliquée sur la partie mince de la couche isolante située entre les zones superficielles, qui peuvent être contac-15 tées par l'intermédiaire d'ouvertures ménagées dans la couche isolante, ce transistor à effet de champ étant caractérisé en ce qu'à l'exception de la partie située sur et entre les zones auperficipll es, la couche isolante est plus épaisse que les parties appliquées sur les zones superficielles et contient une 20 partie de couche voisine du corps semiconducteur qui est pratiquement exempte de ladite impureté et fournit un effet de masquage contre la diffusion de cette impureté, et d'une autre partie de couche située sur la première partie de couche et contenant ladite impureté» 25 2. Procédé permettant de réaliser un transistor à effet de champ du type à électrode porte isolée selon revendication 1, selon lequel une couche isolante contenant l'impureté à diffuser est appliquée sur une surface d'une partie, d'un type de conduction, d'un corps semiconducteur, au-dessus des zones superficielles 30 juxtaposées constituant les zones de source et de drain, l'impureté est diffusée à partir de ladite couche isolante dans le corps semiconducteur afin de former les zones superficielles entre lesquelles es- appliqué, sur le corps setniconducteur,une couche isolante qui est plus mince que la couche isolante conte— 35 nant l'impureté, après quoi l'électrode porte est appliquée sur la couche mince et les zones superficielles sont mises en contact, ce procédé étant caractérisé en ce que sur ladite surface est d'aboidappliquée une couche isolante de masquage laissant nue ladite surface aux endroits situés au—dessus et entre les 16332 9 2009170 les zones superficiel, es à appliquer, aprquoi une couche isolante contenant l1 ."impure+é à diffuser est appliquée sur ladite couche de masquage et sur ladite surface située .au—des des zones superficielles à appliquer.