Brevet FR2068649A1 — publié le 19710827

-70 36305 1 2068649 L'un des avantages principaux des transistors à effet de champ à porte isolée est le nombre relativement faible des étapes de traitement nécessaires pour leur fabrication. La simplificité de traitement, cependant, ne satisfait pas toujours la reproductibilité. Il est connu que les transistors à effet 5 de champ à porte isolée sont sensibles à l'environnement et à la contamination, particulièrement à la contamination des ions sodium, durant la fabrication, ce qui entraîne l'instabilité de caractéristiques électriques. En particulier, le potentiel de seuil d'un transistor à effet de champ est soumis à des variations par rapport à son âge et par rapport à la série de production où il 10 a été réalisé. On sait déjà que certaines des instabilités électriques particulières aux transistors à effet de champ CFET) peuvent Stre réduites par un traitement spécial de la couche diélectrique de porte. La demande de brevet déposée en France par la demanderesse le 10 Juin 19B5 et obtenue sous le numéro 1 15 444 453, apprend quB l'on peut améliorer la stabilité d'un dispositif par le dépfit d'un film vitreux formé d'un oxyde et d'un pentoxyde de phosphore sur le matériau diélectrique de porte. L'électrode de porte est disposée sur le sommet du film vitreux. De telles procédures de l'art antérieur, cependant, ne satisfont pas au besoin d'un conditionnement et d'un procédé de 20 stabilisation à long terme pour le dispositif FET terminé. Selon la présente invention, on réalise la stabilisation à long terme des dispositifs FET à l'aide d'un procédé à deux étapes pulvérisation-recuit, □ans la première étape du procédé, on pulvérise par pulvérisation HF un matériau isolant, tel que du dioxyde de silicium, du nitrure de silicium ou leurs 25 combinaisons en atmosphère inerte sur un dispositif FET électriquement mis à la masse. La pulvérisation est poursuivie jusqu'à l'obtention d'une couche ayant une épaisseur approximative égale à 1,5 fois l'épaisseur du diélectrique de porte. Malheureusement, l'étape de pulvérisation introduit un décalage de potentiel de seuil inacceptable dans le FET. On a trouvé, cependant, que 30 l'on peut réduire ledit décalage à l'aide d'une étape de recuit à des températures qui ne sont pas dangereuses pour le transistor à effet de champ terminé. La figure unique représente une vue en coupe simplifiée d'un système de pulvérisation convenable pour le dépSt du revêtement de conditionnement 35 d'oxyde selon la présente invention. La présente invention est entièrement compatible avec des procédés classiques de fabrication de transistors à effet de champ. En conséquence, on ne donnera qu'une brève description illustrative d'un procédé de l'art antérieur de fabrication de transistors à effet de champ dans un but d'information sur 40 cette technique. Un nombre important de dispositifs FET sont réalisés simul 70 36305 2 2068649 tanément sur une pastille semiconductrice commune. Les dispositifs FET individuels peuvent être séparés les uns des autres à la fin des étapes de traitement pour être utilisés comme dispositifs discrets. Sinon, les dispositifs FET individuels peuvent rester en configuration d'ensembles sur des parties 5 respectives de la pastille lorsque par exemple, on désire les utiliser comme mémoire. Dans le but de simplifier et de clarifier l'exposé, la description suivante sera limitée aux étapes de fabrication classiques de la fabrication d'un dispositif FET unique. Une pastille semiconductrice de type de conductivité désirée, par exemple, 10 du silicium de type de conductivité P, est revêtue avec des couches de masque de dioxyde de silicium dans laquelle des fenêtres source et drain sont décapées à l'aide d'une procédure par photorésistant. Une impQreté convenable, par exemple du phosphore, est diffusée dans la pastille de silicium par les fenêtres source et drain pour convertir la pastille de type de conductivité 15 P- en zfines commandées et localisées de type de conductivité N- sous-jacentes aux fenêtres de source et de drain. A ce moment, on atteint une étape relativement critique du procédé de l'art antérieur où la couche diélectrique de porte du dispositif FET est formée. On obtient cela premièrement en éliminant par décapage la couche d'oxyde au-dessus du canal entre la source et le drain 20 et ensuite en faisant recroître l'oxyde de porte avec une épaisseur prescrits. Actuellement, la pratique est d'obtenir la recroissance d'une couche de dioxyde de silicium ayant une épaisseur approximative de 500 A. Cet oxyde est ensuite dopé avec du phosphore de la façon mentionnée dans le brevet cité précédemment dans des buts de stabilisation électrique. Finalement, un maté-25 riau de contact d'électrode, par exemple de l'aluminium, est évaporé sur les zSnes source, drain et diélectrique de porte et le dispositif FET terminé est recuit. Le dispositif FET terminé est maintenant en état pour un conditionnement final dans un but de protection et de passivation à long terme. Naturellement, 30 le procédé de conditionnement doit être tel qu'il apporte la stabilisation électrique désirée sans affecter nuisiblement les caractéristiques existant du dispositif FET. La présente invention a ce but. D'autres objets caractéristiques et avantages de la présente invention rassortiront mieux da l'exposé qui suit, fait en référence aux dessins annexés 35 à ce texte,, qui représentent un mode de réalisation préféré de celle-ci. La figure 1 représente sous forme simplifiée un appareil de pulvérisation HF caractéristique pour le dépBt d'un matériau de conditionnement au dioxyde de silicium sur un dispositif FET terminé selon la procédé de la présente invention. L'appareil de pulvérisation est décrit avec plus de détails dans 40 la demande de brevet déposée en France par la demanderesse le 3 Janvier 1966 70 36305 3 2068649 et obtenue sous le numéro 1 469 226. En résumé, l'appareil est formé d'une chambre 10 comprenant un chapeau 11 et il est monté amovible sur un fond 12. Un gaz convenable peut être admis dans la chambre 10 par l'intermédiaire d'une valve 14. La pression désirée dans la chambre est maintenue à l'aide 5 de la pompe d'aspiration 17. De préférence on utilise de l'argon à une de pression comprise environ entre 1 et 10 x 10*"3mm de mercure et on le main» tient dans la chambre 10 durant l'étape de pulvérisation de la présente invention. A l'intérieur de l'enceinte remplie de gaz est disposée une structure d'électrode cible 16 et une structure support de substrat 16. 10 L'assemblage électrode cible 16 est formé d'une cible 20 composée du matériau qui doit être pulvérisé, de préférence du dioxyde de silicium, du nitrure de silicium ou une de leurs combinaisons. Montée dessus ou disposée à côté de la cible 20 se trouve l'électrode cathode 22. La cathode 22 est isolée de la colonne support 24 au moyen d'un joint de céramique 26. La colon-15 ne support 24 est fixée au chapeau 11 de l'appareil de pulvérisation 10. Un écran 30 mis à la masse est supporté par les supports 24. L'écran 30 enferme partiellement la cathode 22 et la protège d'une pulvérisation non désirée. Une structure de refroidissement comprenant les ouvertures d'entrée et de sortie 34 et 36, respectivement, est localisée centralement à l'intérieur 20 du support 24. On peut utiliser la structure de refroidissement 32 pour refroidir la structure d'électrode, si nécessaire, par circulation d'eau ou d'un autre fluide réfrigérant à travers la structure de refroidissement 32. La structure de refroidissement 32 est aussi utilisée comme conducteur électrique à travers le support 24 pour connecter la cathode 22 avec une alimentation 25 d'énergie haute fréquence (HF) (non représentée). La structure support de substrat 18 comprend un support 40 monté sur le fond 12 de l'appareil de pulvérisation 10.~l.es pastilles semiconductrices 50 sont disposées sur le support de substrat 42, qui, à son tour, est disposé sur la surface supérieure du support 40. On peut disposer soit des bobines 30 de chauffage ou de refroidissement à l'intérieur ou à c6té du support de substrat 42 pour le chauffage ou le refroidissement des pastilles 50. La structure support 16 est connectée comme électrode anode de l'appareil de pulvérisation. Les électro-aimants 44 sont de préférence utilisés pour concentrer la décharge lumineuse et pour améliorer l'efficacité de l'action de 35 pulvérisation. Bien que des procédures de pulvérisation-recuit pour la passivation des dispositifs semiconducteurs par conditionnement soient connues dans l'art antérieur, par exemple le brevet français 1 469 226 déjà cité, et la demande de brevet déposée en France par la demanderesse le 23 Mars 1967 et obtenue 40 sous le numéro 1 552 804, elles ne sont pas connues comme ayant été appliquées 70 36305 4 2068649 aux transistors à effet de champ. Les procédés de pulvérisation ont une action vive et on ne peut pas normalement s'attendre à ce qu'ils soient conve-nables pour le traitement dBS transistors à effet de champ qui sont sensibles à l'environnement et à la contamination qui affectent nuisiblement la stabi-5 lité électrique du dispositif. Selon la présente invention, cependant, on a découvert que lorsque des valeurs des paramètres du système de pulvérisation sont comprises entre certains domaines et que l'étape de pulvérisation est suivie par un cycle de recuit à température et domaine de temps appropriés, la passivation par conditionnement peut Être réalisée sans réduire la stabi-10 lité électrique des dispositifs FET. Plus particulièrement, on a obtenu la preuve expérimentale que l'on peut obtenir une stabilisation utile lorsque les valeurs de paramètres de pulvérisation et de recuit sont dans les domaines de valeurs suivants: Domaine des valeurs des paramètres de pulvérisation 2 15 Densité d'énergie HF 1 à 6 watts par cm Température du dispositif FET 25Q°C à 3QQ°C Domaine des valeurs des paramètres de recuit Température du dispositif 20 FET 400®C à 450°C Temps de recuit 5 minutes à.30 minutes Le terme "densité d'énergie" de la table ci»dessus est défini comme étant le rapport entre l'entrée d'énergie HF dans l'appareil de pulvérisation représenté dans la figure 1 et la surface de l'électrode cible (cible 20). 25 Un champ magnétique d'environ 30 gauss entre l'anode et la cathode de l'appareil de pulvérisation est trouvé désirable mais non critique pour le fonctionnement de la présente invention. On peut même se passer du champ magnétique lorsque l'efficacité de pulvérisation est maintenue à l'aide d'autres moyens classiques, tels que, par exemple, les techniques de modulation anodiques. «•3 30 Une pression d'argon comprise environ entre 1 et 20 x 10 mm de mercure doit de préférence être maintenue à l'intérieur de la chambre de pulvérisation bien que d'autres atmosphères inertes soient valables. Il est pratique d'utiliser sous pression atmosphérique un gaz non oxydant tel que l'azote durant l'étape de recuit. On peut aussi obtenir d'autres résultats satisfaisants 35 à d'autres pressions. On doit remarquer qus la structure anode de l'appareil de pulvérisation représenté dans la figure 1 est mise à la masse électriquement à la plaque du fond 12. Il s'est révélé nécessaire d'obtenir un bon contact électrique entre les dispositifs FET et la structure d'anode durant la pulvérisation 40 pour éviter l'accumulation d'une charge électrique à l'intérieur de la struc 70 36305 5 2068649 ture des pastilles semiconductrices des dispositifs FET. On peut obtenir une mise à la masse suffisante des dispositifs FET en déposant un revêtement mince de gallium sur les surfaces inférieures des pastilles FET entrant en contact avec la structure anode. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur le dessin, les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles, sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. 70 36305 6 2068649 REVENDICATIONS 1.- Procédé pour la protection d'un transistor à effet de champ à porte isolée caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: une pulvérisation haute fréquence en atmosphère inerte, sur ledit tran» 5 sistor, d'un matériau électrode cible choisi dans le groupe comprenant le dioxyde de silicium et le nitrure de silicium, ce qui entraîne le décalage du potentiel de seuil dudit transistor, et le recuit dudit transistor dans une atmosphère non oxydante, à une tem» pérature et pour un temps qui ne nuisent pas audit transistor afin de réduire 10 ledit décalage du potentiel de seuil. 2.- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit matériau électrode-cible est pulvérisé sur ledit transistor jusqu'à une épaisseur approximative de 1,5 fois l'épaisseur du diélectrique de porte dudit transistor. 15 3.- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le diélectrique de porte comprend du dioxyde de silicium et en ce que l'électrode de porte est formée d'alluminium. 4.- Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que le rapport entre l'énergie d'entrée de pulvérisation haute fréquence et la surface de ladite 2 20 electrode est compris environ entre 1 à 6 watts par cm j la température dudit transistor étant approximativement comprise entre 250°C et 300°C durant ladite étape de pulvérisation et la température dudit transistor étant approximatif vement comprise entre 400°C et 450®C pendant environ 5 à 30 minutes durant ladite étape de recuit. 25 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en gb que ladite atmosphère inerte est formée d'argon sous une pression cora- -3 prise environ entre 1 et 20 x10 mm de mercure. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que ladite atmosphère non oxydante est choisie dans le groupe comprenant 30 l'azSte et le gaz de formage. 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que ledit transistor est électriquement mis à la masse durant ladite étape de pulvérisation. 70 36305 7 2068649 g.» Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que le diélectrique de porte est formé de dioxyde de silicium ayant une épaisseur approximative de 500 A.