Brevet FR2103446A1 — publié le 19720414

La présente invention concerne un transistor à eftet de champ comportant un corps semi-conducteur de type de conduction déterminé et une électrode en métal qui est séparée de ce corps semis conducteur par une couche isolante et commande par des charges d'espace les caractéristiques électriques du composant Des tensions de seuil prédéterminées à tolérances relativement étroites sont nécessaires à de tels transistors à effet de champ métaloxyde-semiconducteur que l'on appelle aussi, plus brièvement, T.E.C.-MOS. On connaît par la prépublication allemande n0 1 803 035 un transistor à effet de champ dont l'électrode de commande est séparée du canal de conduction du corps semi-conducteur par une couche isolante en oxyde de silicium SiO2 Une autre couche iso- lante, en nitrure de silicium Si3N4, se trouve en plus entre cette première couche isolante et l'électrode métallique de commande, Ce composant connu est un transistor accumulateur dont les caractéristiques électriques sont modifiées par accumulation de charge, On connattç d'après "l'lEEE SpectrumiSg oct 1969, p. 28 - 35, un T.E0C.-NOS à corps semi-conducteur en silicium de type n et couche isolante en oxyde de silicium dont l'électrode de commande, en silicium de type p, est séparée de ladite couche isolante par une couche intermédiaire de nitrure de silicium, La couche d'oxyde de silicium a une épaisseur d'environ 1000 et porte un mince revêtement de nitrure de silicium Cette couche de nitrure est destinée à améliorer les caractéristiques diélectriques du transistor. Un tel transistor, appelé d'après sa structure transistor à porte de silicium, ne permet d'obtenir que de relativement basses tensions de seuil, On adopte, pour des tensions de seuil plus élevées, des transistors MOS à électrode de commande en métal, dits transistors à porte de métal.On connaît, d'après la revue "Electronics", mars 1969, p. 117 - 120, un tel transistor comportant un corps semiconducteur en silicium de type n et une couche isolante en nitrure de silicium ainsi qu'une électrode de commande en aluminium0 I1 existe en outre, en couche isolante supplémentaire, une couche d'oxyde de silicium d'une épaisseur d'environ 750 #, la couche de nitrure de silicium ayant sensiblement la même épaisseur, les cons, tantes diélectriques, différentes, des deux couches isolantes et par conséquent leurs caractéristiques différentes permettent de diminuer la tension de seuil du transistor en lui donnant aussi une valeur prédéterminée0 La tension de seuil, par elle-même élevée d'un transistor à perte de métal risque d'être influencée défavorablement lors de la réalisation du transistor lIapport pa- va-orisation de la couche d'aluminium del'électrode de commande peut par exemple introduire dans le matériau d'électrode des impuretés qui modifient la tension de seuil souhaitée I;;lais la demanderesse a découvert que les cons- tituants du matériau d'électrode et de la couche isolante sont également susceptiblez de réagir chimiquement entre eux et de faire varier de ce fait la tension de seuil du transistor0 La formation de lacunes d'oxygène sur la surface de séparation entre le métal et l'oxyde de silicium peut par exemple influencer ladite tension de seuil.Il arrive en effet qu'à une température plus élevée, ces lacunes d'oxygène migrent vers la surface de séparation entre l'oxyde de silicium et le corps semieconducteur et décalent ainsi la tension de seuil0 l'invention a pour objet un transistor à effet de champ dans lequel de tels phénomènes soient évités0 Ce transistor à effet de champ est caractérisé par le fait que l'électrode métallique est séparée de la couche isolante par une couche protectrice faite diun matériau qui ne permet aucune réaction avec le métal de ladite électrode de commande0 Si la couche isolante renferme du silicium et de l'oxygène et si le métal de l'électrode de commande a une plus grande affinité pour l'oxygène que le silicium, on peut constituer la couche protectrice ou bien par une matière renfermant de l'oxy- gène, par exemple par de l'oxyde d'aluminium Al2O3 ou bien par une matière exempte d'oxygène9 par exemple par du nitrure de silicium Si N D'une part, on rend la couche protectrice suffisamment mince pour que les caractéristiques électriques de la zone de commande soient déterminées uniquement par la couche isolante contiguë ; mais, dsautre part, cette meme couche protectrice doit avoir une épaisseur suffisante pour être étanche et empêcher une réaction du matériau de l'électrode de commande avec l'oxygène de la couche isolante.Ce but est atteint Si l'on adopte une épaisseur de couche protectrice peu inférieure à environ 50 R ~ Une épaisseur au moins égale à 150 , et de préférence voisine de 200 , apporte une sécurité encore plus grande quant à l'étanchéité de la couche protectrice, Pour exclure tous effets indésirables, on ne dépasse guère une épaisseur de couche protectrice de 250 et notamment pas celle de 300 X L'épaisseur totale de la couche isolante et de la couche de nitrure ne doit pas excéder 1200 X Si lion veut éviter que la tension de seuil ne s'élève La disposition de la couche protectrice, de nitrure, selon l'invention est avantageuse pour la vaporisation de l'électrode d'aluminium o elle permet d'effectuer celle-ci à des températures élevées, par exemple de l'ordre de 200 à 300 C, et presque à n'importe quel taux, sur le corps semi-conducteur préparé et mmi de la couche isolante. L'invention sera mieux comprise à l'aide de.la description détaillée d'un mode de réalisation pris comme exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, coupe partielle et schématisée d'un transistor à effet de champ selon ladite invention, Dans un corps semi-conducteur 2 de type de conduction déterminé, constitué par exemple par du silicium du type n, sont formées, par exemple par diffusion d'une substance de dopage appropriée, des zones 4 et 6 de conduction p. Celles-ci représentent en fonctionnement les zones de source et de drain du transistor ;; elles sont reliées, sur la surface du corps semi=conducteur, à deux électrodes respectives 8 et 10 pouvant être constituées par un métal, par exemple par de l'aluminium, et ménageant avec elles une jonction sans effet de barrage le dispositif comporte en outre une couche nitrure de silicium 14 selon l'invention et l'électrode de commande 16, constituée de préférence par le même métal que les électrodes de source et de drain, La partie de la couche isolante 12 placée au dessus du canal de conduction 18 du corps semi-conducteur 2 a de préférence une épaisseur de 11 ordre de 1000 9 contre une épaisseur d'environ 200 t seulement de la couche de nitrure protectrice 140 les électrodes et les couches placées au-dessous de ltélec- trode de commande sont réalisées de façon connue le dispositif selon l'invention permet avantageusement de vaporiser le métal des électrodes 8, 10 et 16 à une température de plusieurs centaines de degrés, de préférence comprise entre 200 et 3000C environ, du corps semi-conducteur préparé La couche pro tectrice 14 empêche, même à ces températures élevées, toute réaction entre le métal de l'électrode de commande 16 et la couche isolante. I1 subsiste, en dehors de la zone des électrodes, des parties 20 et 22 de la couche isolante apportée en premier lieu, par exemple par oxydation thermique les couches 12 et 14 doivent former une épaisseur totale au moins égale à 500 , et de préférence supérieure à 1000 , en pouvent atteindre notamment 1200 REVENDICATIONS 1. Transistor à effet de champ comportant un corps semi-conduc teur de type de conduction déterminé et une électrode de commande en métal qui est séparée du corps semi-conducteur par une couche isolante et commande par charge d'espace les caractéristiques électriques du composant, transistor caractérisé par le fait que l'électrode métal lique de commande est séparée de la couche isolante par une couche protectrice mince en comparaison de cette dernière et composée d'un matériau qui ne permet aucune réaction avec le métal de ladite eleea trode de commande, 2. Transistor à effet de champ selon la revendication 19 avec couche isolante renfermant du silicium et de l'oxygène et électrode de commande en un métal de plus grande affinité pour l'oxygène que lesiliciums caractérisé par le fait que la couche protectrice est constituée par un matériau ne renfermant pas d'oxygène0 3.Transistor à effet de champ selon la revendication 2, avec électrode de commande en aluminium et couche isolante en oxyde de silicium, caractérisé par le fait que la couche protectrice est constituée par du nitrure de silicium Si N 4 Transistor à effet de champ selon la revendication 1, avec électrode de commande en aluminium et couche isolante en oxyde de silicium, caractérisé par le fait que la couche protectrice est constituée par de l'oxyde d'aluminium Al2O3. 5. Transistor à effet de champ selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé par le fait que l'épaisseur de la couche protectrice est comprise entre 50 et 300 6. Transistor à effet de champ selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé par le fait que l'épaisseur de la couche protectrice est comprise entre 150 et 250 X 7e Procédé de réalisation d'un transistor à effet de champ selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé par le fait que l'on effectue l'apport par vaporisation du métal de l'électrode de commande à une température du corps semi-conducteur de plusieurs centaines de degrés Celsius