Brevet FR2010511A1 — publié le 19700220

î 2010511 La présente invention se rapporte à un procédé de fabri— , cation d'un dispositif semiconducteur extrêmement efficace, notamment du type à effet de champ à grilles isolées,, également connu sous le nom de transistor métal-oxyde-semiconducteur ou 5 MOS. Les caractéristiques principales d'un tel dispositif semiconducteur, par exemple, d'un transistor MOS, obtenu par le procédé de la présente invention sont que ce transistor comporte un canal relativement court et a une capacité de grille relativement petite. La faible longueur de son canal se traduit par 10 une conductance mutuelle élevée, tandis que la petite capacité de grille diminue les pertes. L'invention vise également les dispositifs semiconducteurs obtenus selon ledit procédé. Le procédé selon l'invention sera décrit ci-après en pre-15 nant pour exemple un transistor à effet de champ ayant deux grilles isolées, en référence au dessin annexé, dans lequel : les figures 1 à 6 sont des vues schématiques montrant les étapes successives de la fabrication d'un transistor par le procédé de 1'invention ; 20 les figures 7 et 8 sont des vues schématiques analogues d'un autre procédé pour obtenir la forme représentée sur la figure 3 ; et les figures 9 et 10 sont des vues destinées à montrer des modifications secondaires de la forme représentée sur la figuré 3 25 - Sur la figure 1, le substrat 1 a été dopé avec une impure té, afin de produire une couche 2 ayant le mode de conduction opposé» Lorsque cette opération de dopage est exécutée par diffusion, une couche dopée se forme sur les deux faces du substrat. Généralement, on élimine la couche inférieure au cours des étapes 30 ultérieures de fabrication. N'ayant pas de rapport direct avec la présente invention, la couche inférieure a été omise. Sur la figure 2, une épaisse couche isolante 3 est formée sur la couche dopée 2. Cette couche isolante peut être une pellicule d'oxyde de silicium produite par oxydation thermique d'un subs-35 trat de silicium et est généralement formée sur les deux faces de ce dernier. La couche inférieure, du fait qu'elle n'a aucune importance dans la présente invention, a été volontairement omise sur le dessin. Sur la figure 3, la couche dopée 2 et la couche isolante 3 ont été partiellement enlevées par une technique de 40 photogravure. Les références 4, 6, 8 et 10 désignent les parties 18409 2010511 de la surface du substrat 1 ainsi découvertes» Sur la figure 4, une autre pellicule isolante, plus mince que la couche isolante 3 ci-dessus est formée sur les parties découvertes 4, 6, 8 et 10, comme l'indiquent respectivement les références il, 12, 13 5 et 14» Sur la figure 5, les parties 5 et 9 de la couche isolante 3, représentées sur la figure 3, ont été enlevées, découvrant ainsi les parties 20 et 22 de la couche dopée» Sur la figure 6, une couche métallique est déposée sur toute la surface, cette couche métallique étant ensuite enlevée sauf sur certaines pàr-10 ties de l'électrode de source ou d'entrée 16, de la prërâiëre grille 17, de la seconde grille 18 et de l'électrode de drain ou sortie 19. Les pellicules métalliques 16 et 19 sont au contact de la région de source 20 et de la région de drain 22 qui sont constituées par une couche dopée d'impuretés ayant le mode 15 de conduction opposé de celui du substrat» Ensuite, bien que cela ne soit pas représenté, la plaquette représentée sur la figure 6 est fixée à une embase* Les électrodes 16, 17, 18 et 19 sont connectées aux fils de connexion de l'embase par de minces fils métalliques. La face inférieure du substrat 1 est 20 directement fixée sur l'embase, tandis que le fil de connexion de l'électrode de source 16 est sorti à l'extérieur. On coiffe l'embase d'un capuchon pour produire une enceinte hermétique. La partie de la couche dopée 21 qui est formée en même temps que les régions de source et de drain reste sans connexion é-25 leçtrique. Cette couche constitue ce qu'on appelle un "îlot". * Les caractéristiques de l'invention sont les suivantes ï la première grille 17 voisine de l'électrode de source 16 et la seconde grille 18 voisine de l'électrode de drain 19, couvrent complètement les pellicules isolantes 12 et 13 entre la région 30 de source 20 et l 'îlot 21 et entre ce dernier et la région de drain 22 et s'étendent, en outre, au-dessus des épaisses couches isolantes 5, 7 et 9 des régions de source, d'îlot et de drain 20, 21 et 22. Les grilles couvrent, notamment, complètement les canaux conducteurs. Si la pellicule d'oxyde des canaux n'est 35 pas complètement couverte par les grilles, le potentiel élec-triquede ces parties de surface n'est pas défini, de sorte que le courant de drain est incertain. Il est donc nécessaire que les canaux soient entièrement couverts par les grilles. A cette fin, on s'arrange généralement pour que les'extrémités de cha-40 cune des grilles et les extrémités des régions de source, d'îlot 18409 3 2010511 et de drain se recouvrent. De préférence, les parties recouvrantes sont aussi petites que possible, car elles augmentent la capacité des grilles. Dans le dispositif semiconducteur obtenu par la présente 5 invention, l'épaisse pellicule isolante ne contribue que faiblement à augmenter la capacité de grille, de sorte que les dimensions des parties recouvrantes peuvent être grandes. Mais si l'on réduit la distance entre les régions de source et d'îlot et entre les régions d'îlot et de drain, la largeur de la grille *0 peut être grande. Ainsi, la superposition de la mince pellicule d'oxyde et de la grille, c'est-à-dire le centrage du masque u-tilisé pour le décapage de la couche métallique pendant l'étape de photogravure de la figure 6 devient plus aisé. Il devient é-galeaent possible de diminuer la distance entre les régions de 1® source et d'îlot et entre les régions d'îlot et de drain. En conséquence, on voit que l'invention permet de diminuer les pertes diélectriques des grilles par suite de leur faible capacité et d'obtenir une grande conductance mutuelle en diminuant la distance entre la source et l'îlot et entre ce dernier et le 20 drain. Une modification partielle des étapes ci-dessus permet é-galement de produire des transistors ayant d'excellentes performances. Ce second procédé selon l'invention consiste à exécuter les étapes indiquées sur les figures 7 et 8 après l'étape 1, en 25 faisant suivre par les étapes des figures 3 à 6. Après la formation de la couche dopée 2 sur le substrat semiconducteur 1, on enlève par décapage chimique des parties de la couche 2, en ne laissant que les régions de source'23, d'îlot 24 et de drain 25, comme le montre la figure 7. Ensuite, comme l'illustre la 30 figure 8, on couvre toute la surface du substrat d'une pellicule d'oxyde 26. On soumet cette pellicule d'oxyde à une opération de photogravure pour obtenir le dessin désiré, ce qui produit la configuration représentée sur la figure 3. Après cela, on procède de la même façon que dans le premier procédé. 35 Le second procédé implique les opérations de photogravure dans les étapes des figures 7 et 3 et un alignement d'un masque dans la seconde étape, de sorte que le travail devient relativement plus compliqué que dans le premier procédé. Toutefois, on ne constate aucune attaque du bord de la couche d'oxyde dans le 40 second procédé au moment d'obtenir la forme de la figure 3, 18409 2010511 alors qu'une telle attaque est susceptible On va décrire ci—après des modes de réalisation -de l'invention. 10 Cl) On utilise comme substrat 1 du silicium de type p ayant une résistivité spécifique de 3 -H-cm. On diffuse de l'arsenic dans la surface de ce substrat, formant ainsi une couche dopée 2 du type n (fig.l). La diffusion s'effectue à 1200*C et à une profondeur de 0,3 jx, la concentration superficielle des impu- 20 3 15 retés étant de 10 atomes/cm .En utilisant un courant d'oxygène humide, on oxyde la surface du substrat à 1200*C, formant O ainsi la pellicule oxydée 3 d'une épaisseur de 6000 A. Par un procédé de photogravure, on enlève la pellicule d'oxyde 3 et la couche dopée de type n dans les régions correspondant "aux 20 canaux pour obtenir la configuration représentée sur la figure 3. Les intervalles 6 et 8 entre les régions de source et d'îlot et entre cette dernière et la région de drain ont 4 jx. Ensuite, on produit dans une atmosphère d'oxygène à 1100°C, une pellicule d'oxyde de 1000 A d'épaisseur sur les parties découvertes 4, 6, 25 8 et 10 (fig. 4) de la surface du substrat. Après les étapes des figures 5 et 6, on fixe le substrat sur une embase. Finalement, on fixe de minces fils conducteurs et un capuchon sur l'ensemble. Des traitements thermiques sont exécutés entre les étapes des figures 4 et 6 pour améliorer la stabilité thermique du 30 transistor à effet de champ de type MOS résultant et dans l'étape de la figure 6, pour augmenter l'adhérence de la pellicule métallique, par exemple l'aluminium. La profondeur de diffusion de l'arsenic, après l'étape de la figure 1, est de 0,3 jx, mais la profondeur final© a été mesurée cosiune étant seulement de 1,5 jx 35 après las traitémanes thermiques. Le transistor à effet do champ MOS à deux grilles ainsi obtenu a d'excellentes caractéristiques. La longueur périphérique de la source est de 5,3 mm, la capacité de la première grille 9 pF et la conductance mutuelle de 15000 jxV potiqr un courant de drain de 8 mA® 40 (2) Un autre-procédé comprend successivement les étapes des BAD ORIGINAL 69 18409 5 2010511 figures 1, 7, 8, 3, 4, 5 et 6. Ici également, le substrat semiconducteur est du silicium de type p ayant une résistivité spécifique de 3 -J"Vcm o Par la même étape que dans le premier mode de réalisation, on produit une couche diffusée d'une pro-5 fondeur de 0,3 p. sur le substrat. Les intervalles entre la région de source 23 et la région d'îlot 24 et entre la région d'îlot et la région de drain 25 ont 5,2 ja. Ensuite, on produit une O pellicule d'oxyde 26 de 6000 A d'épaisseur avec un courant d'oxygène humide à 1200°C. Après cette étape d'oxydation, on a re-10 cours à un traitement de photogravure pour obtenir la configuration de la fig. 3. La largeur des parties découvertes 6 et 8 du substrat est de 4 ji, compte tenu du fait que les régions de source, d'îlot et de drain se dilatent au cours de l'étape d'oxydation thermique. Ensuite, on exécute les mêmes étapes que 15 dans le premier exemple. Dans ce mode de réalisation, pour obtenir la configuration de la fig. 7, un traitement de photogravure supplémentaire 13 est nécessaire. Sauf en ce qui concerne le masque utilisé pour ce procédé, on utilise les mêmes masques que dans le premier mode de réalisation. Les caractéristiques 20 du transistor à effet de champ MOS à deux grilles ainsi obtenu sont sensiblement les mêmes que celles du premier mode de réalisation. Bien que l'invention ait été décrite dans son application à des transistors à effet de champ MOS à deux grilles isolées, 25 le nombre de ces. grilles n'est nullement limité, comme il ressort de la description détaillée qui précède. En conséquence, l'invention s'applique aux dispositifs semiconducteurs ayant un nombre arbitraire quelconque d'électrodes de commande ou de grilles isolées supérieur à un. De plus, bien que la descrip-30 tion ci-dessus concerne des éléments actifs simples, l'invention peut facilement être appliquée à des circuits intégrés dans lesquels plusieurs éléments actifs sont incorporés dans le même substrat. 18409 6 2010511 REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un dispositif semiconducteur, notamment d'un transistor à effet de champ à grilles isolées, qui comprend un substrat semiconducteur dopé de façon à produi-5 re des régions de source(ou entrée; et de drain (ou sortie) ayant des modes de conduction opposés à celui dudit sub.strat et une électrode de commande ou grille s'étendant au-dessus de la surface d'une pellicule isolante présente sur le substrat, entre lesdites régions de source et de drain, caractérisé en ce que 10 l'on forme d'abord une couche dopée pour les régions de source et de drain sur toute la surface dudit substrat,^on décape ensuite ladite couche dopée afin de découvrir ledit substrat,sauf dans les régions de source et de drain, et on dépose une pellicule isolante sur ladite surface découverte. 15 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, avant de procéder au décapage, on recouvre la couche dopée d'une épaisse couche isolant^, le décapage subséquent attaquant suc- ' # cessivement cette couche isolante "et la couche dopée. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, 20 avant de déposer la pellicule isolante sur la surface découverte, on forme une épaisse couche isolante s\ir toute la surface du substrat et on enlève par décapage la partie de cette épaisse couche isolante comprise entre les régions de source et de drain pour découvrir ledit substrat, la mince pellicule isolante étant 25 ensuite formée sur la partie découverte du substrat. 4. Procédé selon 1'une des revendications précédentes pour fabriquer un dispositif semiconducteur à plusieurs grilles isolées, caractérisé en ce qu'une épaisse couche isolante est formée entre ces différentes grillés et une région d'îlot de la 30 même substance que lesdites régions de source et de drain est formée sous ladite couche isolante épaisse s'étendant entre lesdites grilles. 5. Procédé selon l'une des précédentes revendications, caractérisé en ce que l'on enlève ensuite des parties de la pellicule 35 isolante en regard des parties dopées restantes, et on rapporte sur le tout des électrodes conductrices. 6. Dispositif semiconducteur obtenu selon l'une au moins des revendications précédentes.