Brevet FR2030293A1 — publié le 19701113

l'invention concerne les transistors à effet de champ à grille isolée et un procédé de fabrication de ceux-ci. Une formé de transistor à effet de champ à grille isolée comprend, par exemple, une couche semi-conductrice qui comporte des zo-5 nés de source et de plaque, du même type de conductivité, qui sont séparées par une région intermédiaire de conductivité du type opposé. Des électrodes de source et de plaque sont reliées par une connexion ohmique aux zones correspondantes de source et de plaque et une électrode de grille est déposée sur la région intermédiaire 10 mais séparée du semi-conducteur par une couche isolante. Une tension appliquée à l'électrode de grille est utilisée pour introduire dans ladite région intermédiaire des porteurs de charge du type qui est majoritaire dans les zones de la source et de la plaque, pour permettre à un courant de circuler entre elles. 15 Pour améliorer la réponse en haute fréquence, il est avanta geux de réduire la longueur de la région intermédiaire et de réduire les capacités inter-électrodes. A cette dernière fin, il importe de réduire au minimum le recouvrement de l'électrode de grille par les zones de source et de plaque. 20 Pour augmenter la fiabilité de la fabrication, il est avanta geux d'éviter d'avoir recours à des températures élevées au cours des dernières étapes de la fabrication, car elles tendent à détériorer la couche isolante. " La présente invention concerne un procédé de fabrication per-25 mettant de réaliser de manière fiable un transistor à effet de champ à grille isolée, ayant une bonne réponse haute fréquence. Selon un exemple de réalisation de l'invention, une couche d'oxyde naissant est formée sur une surface d'un cristal.de silicium du type n et des trous de contact de source et de plaque écar-30 tés sont ménagés dans la couche d1' oxyde. On dépose ensuite des pellicules de siliciure de platine dans les trous de contact pour former des contacts redresseurs avec le silicium du type ji sous-jacent» Des couches métalliques sont ensuite déposées sur certaines parties des couches de siliciure de platine pour former les électrodes de 35 source et de plaque et sur une partie de la couche d'oxyde placée au-dessus de la région située entre les trous de contact de source et de plaque, pour former l'électrode de grille. Ensuite, on irradie la surface avec un faisceau d'ions de bore pour implanter sélectivement ces ions dans la plaquette. En particulier, les épaisseurs 70 03799 2 2030293 des diverses pellicules et couches et les énergies des iôns sont telles que ceux-ci ne pénètrent pas eh grand nombre dans les parties situées au-dessous des électrodes métalliques de source, de plaque et de grille de la plaquette, mais pénètrent dans les par-5 ties non masquées par ces électrodes. Par conséquent, on forme dans la plaquette deux zones du type £ séparées par la région du type n située au-dessous de l'électrode de grille. Ces deux zones du type £ établissent une connexion ohmique avec les pellicules de sili — de ciuref platine dans les trous de contact de source et de plaque et 10 constituent respectivement les régions de source et de plaque. Une caractéristique de ce procédé de réalisation est qu'il élimine les traitements à haute température après la formation de l'oxyde. Ceci réduit la nécessité d'un repérage délicat des masques, le seul élément réellement délicat étant l'électrode de grille qui 15 est utilisée comme masque pour déterminer l'intervalle entre les régions de source et dé plaque. Il va de soi que cela permet de rapprocher l'une de l'autre-les zones de source et de plaque, en permettant un espacement assez grand des électrodes de source et de grille. De plus, malgré la simplification du traitement, cela 20 présente l'avantage que les régions de source et de plaque sont séparées. l'invention concerne donc un procédé de fabrication d'un transistor à effet de champ à grille isolée, comprenant les opérations ci-après : formation, sur une partie de la surface d'une pla-25 quette semi-conductrice .d'un premier type de conductivité, d'une couclie isolante qui comprend un premier et un second trous espacés, formation à l'intérieur de chaque trou d'une couche de matière conductrice qui forme une barrière redresseuse avec la partie contiguë de la plaquette semi-conductrice, dépôt d'une première électrode 30 sur une partie limitée de la couche de matériau conducteur à l'intérieur de la première ouverture,, dépôt d'une seconde électrode sur une partie limitée de- la couche de matière conductrice qui est à l'intérieur du second trou et d'une troisième électrode sur une partie de la couche isolante située entre les premier et second 35 trous espacés et bombardement de ladite partie superficielle de ladite plaquette semi-conductrice par des ions pour transformer sélectivement la matière non protégée par lesdites électrodes en une matière de conductivité du type opposé, de manière que chacune des couches de matériau conduqteur forme une connexion ohmique avec la i 70 03799 3 2030293 section de la partie contiguë de la plaquette semi-conductrice dans laquelle on a implanté par "bombardement des ions, formant ainsi deux zones de conductivité opposée séparées par une région du premier type de conductivité, dont la longueur est déterminée 5 par la largeur de la troisième électrode. L'invention concerne par ailleurs un transistor à effet de champ.à grille isolée, comprenant une plaquette semi-conductrice avec une couche superficielle dont la plus grande partie est d'un premier type de conductivité et qui comporte des zones espacées de 10 source et de plaque du type de conductivité opposée, une couche isolante, placée sur ladite couche superficielle, comportant des trous recouvrant des parties des zones de source et de plaque formant les trous de source et de plaque, une électrode de grille recouvrant une section de la partie de la couche isolante située entre 15 les trous de source et de plaque, la largeur de l'électrode de grille étant égale à celle de la partie de la couche superficielle du premier type de conductivité qui se trouve entre les zones de source et de plaque, une couche séparée de matériau conducteur étant située à l'intérieur de chacun des trous de source et de plaque, 20 chacune de ces couches comportant une partie formant connexion redresseuse avec la partie de la couche superficielle d'un premier «x. . .typej:âe conductivité et une partie formant une connexion ohmique avec une zone de conductivité du type opposé, une électrode de source recouvrant une partie limitée de la couche de matière con- ^5 duBtrice située" à"ï1 intérieur" du "trou"de *s'ource, et une "éle'ctrode de plaque recouvrant une partie limitée de la couche de matériau conducteur du trou de plaque. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressor- détaxllée tiront de la description/qui va suivre, faite en regard du dessin 30 annexé illustrant un mode de réalisation donné à titre explicatif, et nullement limitatif. Sur ce dessin : Les figures 1A à 1D représentent une plaquette de semi-conducteurs à différents stades de son traitement pour y incorporer un 35 transistor à effet de champ à grille isolée conformément à une forme de réalisation explicative de l'invention ; et La figure 2 représente une vue en plan du produit fini obtenu par le procédé représenté par les figures 1A à 1D. 70 03799 4 2030293 Pour la fabrication d'une forme de réalisation, décrite à titre d'exemple, de l'invention, on chauffe un cristal de silicium ohm-cm dans une atmosphère oxydante de manière à former sur une de 5 ses surfaces une couche d'oxyde de silicium naissant épaisse d'environ 1000 À et on ménage ensuite dans cette couche des' trous de contact espacés de source et de plaque par photolithographie. Ces opérations sont du même genre que celles qui ont été effectuées par exemple pour la fabrication de transistors au silicium à effet de 10 champ à grille isolée. Le résultat est représenté ^ur la figure 1A, la surface supérieure de la plaquette de silicium/étant recouverte d'une couche isolante 12 d'oxyde, et comportant des trous espacés de contact de source et de plaque 13 et 14. Ensuite, on dépose dans chacun de ces trous une pellicule d'u-15 ne matière qui forme une couche redresseuse,ou barrière de Schottky, avec le silicium du type n avec laquelle elle est en contact. Cette matière peut être par exemple du siliciure de platine qui est une substance métallique qui forme une liaison énergique et intime avec le silicium et qui a un travail de sortie donnant naissance à une 20 connexion redresseuse au silicium du type n et à une connexion ohmique au silicium du type ja. Cette pellicule est avantageusement forci mée en déposant par vaporisation une couche de platine de 400 A d'épaisseur sur la surface du cristal, puis en chauffant le tout à 600°C pendant 5 minutes, à la suite de quoi le platine en contact avec le 25 silicium à nu dans les trous de contact de la source et de la plaque s'agglomère à celui-ci de manière à former un siliciure de platine tandis que le platine au-dessus de l'oxyde n'adhère pas à celui-ci et peut être facilement retiré ensuite. Sur la figure 1B, les pellicules 15 et 16 de siliciure de platine sont représentées dans 30 les trous de contact 13 et 14, respectivement, de source et de plaque, la couche d'oxyde 12 étant exempte de siliciure de platine. Ensuite, on forme par dépôt les électrodes de source, de plaque et de grille. L'électrode de grille est placée de manière à recouvrir la portion centrale de la couche d'oxyde comprise entre les 35 trous de contact de source et de plaque et les électrodes de source et de plaque sont placées de manière à recouvrir des portions des pellicules de siliciure de platine, laissant des portions non recouvertes de ces pellicules à proximité de l'électrode de grille (voir figure 10) les électrodes 17, 18 et 19 étant, respectivement, ayant une résistivité d'environ 1 0 70 03799 5 ,2030293 les électrodes de source, de plaque et de grille. Ces électrodes peuvent être constituées avantageusement par des couches complexes de titane, de platine et d'or, le titane étant à la partie inférieure et étant destiné à réaliser un contact intime avec l'oxyde, 5 le platine étant en position intermédiaire et constituant principalement une barrière entre l'or et le silicium tandis que l'or est au-dessus et sert à faciliter le raccordement de conducteurs appropriés à ces électrodes. La couche complexe a, de préférence, un micron d'épaisseur, la plus grande partie de cette épaisseur cor-10 respondant à la couche d'or. Le mode de réalisation des électrodes de cette espèce est maintenant bien connu. Ensuite, on projette sur la plaquette un faisceau d'ions accepteurs pour implanter des ions de manière connue. L'énergie de ces ions est réglée de manière qu'aucun ne soit susceptible de pé-15 nétrer dans les électrodes relativement impénétrables tandis qu'un grand nombre peuvent pénétrer dans les couches relativement péné-trables de siliciure de platine et d'oxyde, provoquant ainsi la formation dans la plaquette de zones 20 et 21 du type jd, riches en bore (figure 1D) qui sont au-dessous de la partie de la plaquet-20 te comprise entré les électrodes de source et de plaque, sauf là cù. elle est recouverte par l'électrode de grille. Dans un cas, la plaquette est irradiée tout d'abord par un 14. faisceau d'énergie égale â 150 keV, avec une dose totale de 1,5.10 p ions de bore par cm et ensuite avec un faisceau de 50 keV avec une 14- 2 25 dose totale de 10 ions bore par cm . Le chauffage d'une plaquette ainsi traitée pendant 30 minutes à "350 °C.réduit" §.es dommages par irradiation causés par ces ions et laisse des régions du type £ conte- 18 *5 nant environ 10 atomes de bore par cm , sur une profondeur d'en-o viron 4000 A. Avec un tel "dopage", le contact entre les pellicules 30 de siliciure de platine et les régions riches en bore est essentiellement ohmique. Ce contact restera redresseur par rapport aux régions sans implantation du type n. Par conséquent, la surface de contact de chacune des électrodes de source et de plaque avec le semi-conducteur est déterminée effectivement par la surface très 35 petite de contact entre la pellicule de siliciure de platine et la région contiguë du type jd. Ceci.permet, à son tour, d'obtenir de faibles capacités inter-électrodes et une bonne réponse en haute fréquence. 70 03799 2030293 Dans le présent exemple explicatif, les trous de contact de source et de plaque ont 50 microns de largeur, 200 microns de longueur et sont espacés d'environ 25 microns. L'électrode-grille a environ 5 microns de largeur et 250 microns de longueur et est pla-5 cée à mi-distance entre les trous de contact de source et de plaque. Les électrodes de source et de plaque sont telles qu'elles laissent des bandes non recouvertes d'environ 10 microns de large sur le siliciure de platine si bien que l'aire effective de contact ohmique de chacune des connexions de source et de plaque est une bande de 10 10 microns de largeur et 200 microns de longueur. La figure 2 représente une vue en plan du transistor obtenu, représentant plus clairement la disposition des électrodes de source 1? de plaque 18 et de grille 19 ainsi que les trous de contact de source 13 et de plaque 14, recouverts par les pellicules de si-15 liciure de platine. Il est souvent avantageux de former un groupe de ces transistors sur une plaquette unique en une seule série d'opérations et ensuite de découper les plaquettes en un grand nombre de dés cqnte-nant chacun un ou plusieurs de ces transistors. 20 Dans d'autres cas, il est avantageux de former un ou plusieurs de ces transistors à effet de champ dans line partie localisée d'une plaquette et de former additiormellement dans d'autres parties un ou plusieurs autres composants de circuit, tels que des résistances, des condensateurs, des diodes ou des transistors bipolaires qui sont 25 interconnectés au transistor à effet de champ, de préférence par des révêtements métalliques du type employé pour former les électrodes 17, 18 et 19. Il est avantageux dans certains cas de former une couche épi-taxiale du type n sur un support du type £ et ensuite de placer le 30 transistor à effet de champ décrit dans une telle couche épitaxiale plutôt que dans un cristal dont l'ensemble est du type n. Il est préférable dans certains cas de former la structure complémentaire en utilisant des régions du type n de source et de plaque, séparées par une région normalement du type jd et ceci peut 35 être évidemment réalisé par des modifications évidentes telles que l'implantation d'ions donneurs dans un matériau originellement du type £ et l'emploi d'un métal approprié, tel que le zirconium, pour former des contacts redresseurs avec la matière du type ja. 70 03799 7 2030293 De même, il est possible d'utiliser diverses matières pour la couche isolante, en particulier dans la région au-dessous de l'électrode de grille. Par exemple, il est connu d'utiliser une couche complexe d'oxyde de silicium et d'oxyde d'aluminium pour abaisser le seuil. Le nitrure de silicium s'est également avéré" uti-5 le pour isoler la grille, afin de réduire les difficultés résultant de la contamination par le sodium. De même, il est possible d'utiliser divers matériaux d'électrodes et/ou divers ions de dopage ainsi que des semi-conducteurs différents. 10 -Ek va de soit que la présente invention a été décrite ci- dessus à titre purement indicatif , mais nullement limitatif ,et que l'on pourra lui apporter toutes modifications de détail conformes à son esprit sans sortir de son cadre défini par les revendi cations annexées. 70 03799 2030293 REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un transistor à effet de champ à grille isolée, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations ci-après : formation, sur une partie de la surface d'une plaquette 5 semi-conductrice d'un premier type de conductivité, d'une couche isolante qui comprend un premier et un second trous espacés, formation à l'intérieur de chaque trou d'une couche de matière conductrice qui forme une barrière redresseuse avec la partie contiguè' de la plaquette semi-conductrice, dépôt d'une première électrode 10 sur une partie limitée de la couche de matériau conducteur à l'intérieur de la première ouverture, dépôt d'une seconde électrode sur une partie limitée de la couche de matière conductrice qui est à l'intérieur du second trou et d'une troisième électrode sur une partie de la couche isolante située entre les premier et second 15 trous espacés et bombardement de ladite partie superficielle de ladite plaquette semi-conductrice par des ions pour transformer sélectivement la matière non protégée par lesdites électrodes en une matière de conductivité du type.opposé, de manière que chacune des couches de matériau conducteur forme une connexion ohmique avec la 20 section de la partie contiguë de la plaquette semi-conductrice dans laquelle on a implanté par bombardement des ions formant ainsi deux zones de conductivité opposée séparées par une région du premier type de conductivité, dont la longueur est déterminée par la largeur de la troisième électrode. 25 2. Procédé selon-la revendication 1, caractérisé en ce que la plaquette semi-conductrice est un monocristal de silicium et en ce que la couche isolante est une couche d'oxyde de silicium. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface de la plaquette -de silicium est du type n et en ce que 30 les couches de matière conductrice sont du siliciure de platine. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les ions implantés sont des ions de bore et en ce que les parties de la plaquette où ils sont implantés deviennent du type jg. 5. Transistor à effet de champ à grille isolée, caractérisé 35 en ce qu'il comprend une plaquette semi-conductrice avec une couche superficielle dont la plus grande partie est d'un premier type de conductivité et qui comporte des zones espacées de source et de plaque du type de conductivité opposée, une couche isolante, placée sur ladite couche superficielle, comportant des trous recouvrant .des 70 03799 9 2030293 parties des zones de source et. de plaque formant les trous de source et de plaque, une électrode de grille recouvrant une section de la partie de la couche isolante située entre les trous de source et de plaque, la largeur de l'électrode de grille étant égale à 5 celle de la partie de la couche superficielle du premier type de conductivité qui se trouve entre les zones de source et de plaque, une couché séparée de matériau conducteur étant située à l'intérieur de chacun des trous de source et de plaque, chacune de ces couches comportant une partie formant connexion redresseuse avec la partie 10 de la couche superficielle-d'un premier type de conductivité et une partie formant une connexion ohmique avec une zone de conductivité du type opposé, une électrode de source recouvrant, une partie limitée de la couche de matière conductrice située à l'intérieur du trou de source, et une électrode de plaque recouvrant une partie 15 limitée de la couche de matériau conducteur du trou de plaque. 6. Transistor à effet de champ à grille isolée selon la revendication 5, caractérisé en ce que chacune des couches de matière conductrice a les mêmes dimensions que les trous associés de source et de plaque et chacune des connexions redresseuses est réalisée 20 avec une partie de la couche superficielle du premier type de conductivité, qui ne se trouve pas entre les zones de source et de plaque. 7. Transistor à effet de champ à grille isolée selon la revendication 6, caractérisé en ce que la plaquette est en silicium, 25 la couche isolante est de l'oxyde de silicium et les couches de matériau conducteur, sont du siliciure de platine.