Brevet FR2094036A1 — publié le 19720204

1- 2094036 L'invention concerne un procédé de fabrication d'un dispositif semiconducteur comportant un corps semi—conducteur en silicium à conduction d'un premier type dans lequel se trouvent deux zones superficielles du type de conduction opposé 5 qui forment les zones d'alimentation et d'évacuation d'un transistor à effet de champ avec électrode de porte isolée et dans lequel entre les zones d'alimentation et d'évacuation s'étend la région de canal du transistor à effet de champ, contigiie à.i la surface de silicium alors que sur une partie 10 du corps en silicium et au moins sur la région de canal,est appliquée une couche de masquage qui au moins sur -une partie de son épaisseur est constituée par un matériau différent de l'oxyde de silicium et masquant contre l'oxydation et la partie non masquée contre l'oxydation de la surface du corps en silicium est soumise à un traitement d'oxydation en vue d'obtenir une couche d'oxyde de silicium enfoncée au moins sur une partie de son épaisseur dans le corps en silicium. L'invention concerne d'autre part Tin dispositif semi—conducteur obtenu par la mise en oeuvre de ce procédé. ^ Un procédé de ce genre est décrit dans le brevet français No. 1571569. Il permet notamment d'appliquer des conducteurs et des fils de connection sur des couches d'oxyde épaisses, conducteurs et fils qui présentent une faible capacité par rapport aux parties situées sous les couches yd'oxy-^ de. D'autre part, à. l'aide des couches d'oxyde du moins partiellement enfoncées on obtient une surface qui est plus plane que celle de dispositifs semi-conducteurs avec des couches d'oxyde non enfoncées de la même épaisseur. La couche d'oxyde enfoncée s'étend sur une partie située autour des zones d'alimentation et d'évacuation et de la région de canal, de la surface du corps semicconducteur. Or on a constaté que même en utilisant des couches d'oxyde de silicium enfoncées relativement épaisses (par exemple ayant une épaisseur d'environ 1 /u), des canaux parasites peuvent se / former par exemple sous l'influence des conducteurs de courant 35 situés sur la couche d'oxyde, ces canaux parasites pouvant influencer de façon néfaste le fonctionnement du transistor §L effet de champ. Ce phénomène se présente surtout avec des transistors à effet de champ avec lesquels un canal de type-n ^0 est formé dans la région de canal, mais il peut également se 71 19976 -2- 2094036 10 15 20 25 30 35 ko présenter dans le cas ou l'on utilise un canal de type p dans la région de canal. L'invention vise notamment à fournir une solution simple grâce à laquelle la formation d'un canal parasite est évitée, A cet effet le procédé envisagé dans le préambule est caractérisé selon l'invention en ce que en utilisant la couche masquant contre l'oxydation comme masque de diffusion, on diffuse une impureté dans le corps en silicium en vue d'obtenir un interrupteur de canal contigu aux zones d'alimentation et d'évacuation et situé sous la couche d'oxyde de silicium enfoncée, cet interrupteur de canal étant du premier type de conduction et ayant une concentration de dopage supérieure à celle de la partie adjacente du corps en silicium. Grâce à l'invention il est possible grâce à la forme de l'interrupteur de canal et à l'instant ou celui-ci est élaboré, d'appliquer l'interrupteur de canal sans utiliser un masque spécial. De préférence au—moins la partie de la couche masquante située sur la région de canal est utilisée comme une partie d'un masque de diffusion lors de la diffusion d'une autre impureté dans le corps en silicium en vue de l'obtention des zones d'alimentation et d'évacuation. De ce fait on peut obtenir à l'aide de la couche de masquage une région de canal bien définie pour laquelle il n'est pas nécessaire de prévoir d'étape d'alignement de précision étant donné qu'il s'agit principalement d'obtenir la largeur correcte de la région de canal. De préférence l'interrupteur de canal est élaboré avec une concentration en impuretés inférieure à la concentration superficielle de l'autre impureté dans les zones d'alimentation et d'évacuation. Ce point est particulièrement important dans le cas ou l'impureté servant à l'obtention de l'interrupteur de canal est 'également diffusée à l'endroit des zones d'alimentation et d'évacuation. Le procédé conforme à l'invention est surtout important pour la réalisation de transistors à effets de champ avec lesquels un canal de type n est formé dans la région de canal, alors que dans le corps en silicium on diffuse un accepteur, par exemple du bore pour l'obtention d'un interrupteur de canal à conduction de type p. De préférence on diffuse après le traitement d'oxydation, du gallium ou de l'aluminium comme impureté en vue de COPY 71 19976 -3- 2094036 l'obtention de l'interrupteur de canal. Il est évident que les matériaux masquant contre l'oxydation doivent également masquer contre la diffusion de gallium et d'aluminium. Le gallium et l'aluminium peuvent être diffusés par l'intermédiaire d'une 5 couche d'oxyde de silicium. L'utilisation de gallium ou d'aluminium augmente donc le nombre de possibilités pour former l'interrupteur de canal dans le corps en silicium. Le gallium ou l'aluminium peuvent également être diffusés après que les zones d'alimentation et d'évacuation aient 10 été formées, éventuellement aussi après que ces zones aient été munies d'une couche d'oxyde enfoncée. L'impartant dans tous les cas est que la couche masquante soit présente au moins sur la région de canal, cette couche masquante étant constituée au moins sur une partie de son épaisseur par un matériau différent 15 de l'oxyde de silicium et masquant contre l'oxydation. Dans nombreux cas l'interrupteur de canal limiie la région de canal avec les zones d'alimentation et d'évacuation de sorte qiie la formation d'un canal parasite dans des structures MOS compliquées est évitée. 20 Dans une forme de réalisation importante du procédé conforme à l'invention la couche de masquage est appliquée sur la surface de la partie du corps de silicium qui est destinée à la région de canal et sur la surface des zones d'alimentation et d'évacuation à diffuser après quoi la couche d'oxyde enfoncée 25 est formée • et des ouvertures sont pratiquées dans la couche de masquage pour la diffusion de l'autre impureté dans le corps en silicium en vue de l'obtention des zones d'alimentation et d'évacuation et à un stade suivant l'application de la couche de masquage on diffuse l'impureté en vue de l'obtention de 30 l'interrupteur de canal. Avec le procédé conforme à l'invention les étapes usuelles pour les processus de diffusion, d'application d'une couche de masquage de diffusion séparée et le photo-décapage de précis sion de cette couche sont évités. 35 L'invention concerne par ailleurs un dispositif semi conducteur obtenu par la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. La description qui va suivre en regard des dessins annexés fera--bien comprendre comment l'invention peut être 40 réalisée. COPY 71 19976 _4- 2094036 Les figures 1, 2 et 3 représentent schématiquement une coupe d'une partie d'un transistor à effet de champ à des stades successifs de sa fabrication à l'aide du procédé conforme à 1'invention. 5 Avec ce procédé on réalise un dispositif semi-conduc teur (voir fig. 3) comportant un corps semi-conducteur 1 en silicium à conduction du premier type dans lequel se trouvent deux zones superficielles 5 et 6 du type de conduction opposé qui forment les zones d'alimentation et d'évacuation d'un transistor 10 à effet de champ avec électrode de porte isolée 10. Entre les zones d'alimentation et d'évacuation 5 et 6 s'étend la région de canal 7 du transistor à effet de champ, contiguë à la surface de silicium. Avec le procédé conforme à l'invention on applique sur une partie du corps en silicium 1 et au moins sur la région 15 de canal 7 une couche de masquage 2 (voir figure 1) qui au moins sur une partie de son Epaisseur est constituée par un matériau différent de l'oxyde de silicium et masquant contre l'oxydation, par exemple du nitrure de silicium. La- partie de la surface du corps en silicium 1 non 2Q masquée contre l'oxydation est soumise à^un traitement d'oxydation en vue de l'obtention d'une couche d'oxyde de silicium 8 s'enfonçant au moins sur une partie de son épaisseur dans le corps en silicium 1. Selon l'invention on diffuse, en utilisant la couche masquante contre l'oxydation 2 comme masque de diffusion, une 25 impureté dans le corps en silicium 1 en vue de l'obtention d'un interrupteur de canal contigu aux zones d'alimentation et d'évacuation 5 et 6 et situé sous la couche d'oxyde de silicium enfoncée 8. L'interrupteur de canal 9 est du premier type de conduction et a une concentration en éléments dopants supérieure 30 à celle de la partie adjacente du corps en silicium 1. La même couche de masquage qui est utilisée comme masque d'oxydation est également employée comme masque de diffusion de sorte qu'on évite l'élaboration et le photo-décapage d'une couche de masquage de diffusion distincte. 35 De préférence la partie 11 de la couche de masquage 2 (voir fig. 2) située sur la région de canal est utilisée comme une partie d'un masque de diffusion 8, 11 lors de la diffusion d'une autre impureté dans le corps en^.silicium en vue de kO l'obtention des zones d'alimentation et d'évacuation 5 et 6. 71 19976 -5- 2094036 De ce fait on obtient de façon simple une région de canal 7 bien définie. La partie 11 de la couche de masquage située sur la région de canal 7 peut également être remplacée pour la diffu— 5 sion des zones d'alimentation et d'évacuation par une autre couche masquante qui est par exemple constituée par des couches d'oxyde de silicium et de silicium polycristallin ou de molybdène. De préférence l'interrupteur de canal est élaboré avec une concentration en impuretés inférieure à la concentration superficielle de l'autre impureté dans les.zones d'alimentation et d'évacuation. De préférence après qu'ait été exécuté le traitement d'oxydation on diffuse du gallium ou de l'aluminium comme impair reté en vue de l'obtention de 1 ' interrupteur de canal 9• L' utilisation de ces éléments augmente le nombre de possibilités, pour former l'interrupteur de canal dans le corps en silicium comme on l'expliquera encore par la suite. Avec une forme de réalisation préférée du procédé 2q conforme à l'invention la couche de masquage 2 est appliquée sur la surface de la partie du corps en silicium 1 qui est destinée à la région de canal 7 et sur la surface des zones d'alimentation et d'évacuation 5 et 6 (voir fig. 1) à diffuser. Ensuite la couche d'oxyde enfoncée 8 est formée et des ouvertures 3 et h (voir fig. 2) sont pratiquées dans la couche de masquage pour la diffusion de l'autre impureté dans le corps en silicium en vue d'obtenir les zones d'alimentation et d'évacuation 5 et 6. A un stade suivant l'application de la couche de masquage l'impureté est diffusée en vue de l'obtention de l'interrupteur de canal. On utilise par exemple au départ un corps en silicium de type p ,1 (voir fig. 1) avec une résistivité de par exemple 10 ohm.cm et une épaisseur d'environ 200 yU. Les autres dimensions du corps en silicium ne sont pas importantes et doivent uniquement être suffisantes pour permettre l'élaboration du transistor à effet de champ. Généralement on élabore dans un corps en silicium simultanément plusieurs transistors à effet de champ et on subdivise ensuite le corps en silicium par exemple après qu'un certain nombre de transistors à effet de 40 champ aient été reliés entre eux dans des circuits intégrés. 25 30 71 19976 -6- 2094036 Sur le corps en silicium an applique une couche de nitrure de silicium d'une épaisseur d'environ 0,2 yu» Cette couche peut être appliquée de façon usuelle en faisant, circuler sur le corps un mélange gazeux de silane et d'ammoniac à 5 1000°C. Le nitrure de silicium masque contre l'oxydation. A l'aide d'une technique de photo-masquage usuelle on enlève la couche de nitrure de silicium à l'exception de la partie 2 qui a une largeur d'environ 65 yu. Ensuite on élabore la couche d'oxyde de silicium enfoncée 8 d'une épaisseur d'en-10 viron 0,8 yu, par oxydation. A cet effet on fait par exemple circuler de la vapeur sur le corps en silicium qui est maintenu à une température de 1000°C jusqu'à l'obtention de l'épaisseur désirée. La couche d'oxyde de silicium 8 s'enfonce sur une épaisseur d'environ 0,35 yt-i dans le corps en silicium 1. 15 Ensuite, en utilisant la couche de nitrure de silicium 2 comme masque de diffusion, on diffuse du gallium ou de l'aluminium par l'intermédiaire de la couche d'oxyde de silicium 8 dans le corps en silicium, en vue de l'obtention de l'interrupteur de canal situé sous la couche d'oxyde de silicium 8. 20 A cet effet dans le cas de la diffusion d'aluminium on place le corps en silicium dans un bac d'oxyde d'aluminium qui est fermé à l'aide d'un couvercle en oxyde d'aluminium. Dans le bac se trouve également un alliage de 10% en poids d'aluminium et de 90$ en poids de silicium. Lors du chauffage 25 pendant 60 mn à 1000°C dans un courant d'hydrogène, de l'aluminium diffuse jusqu'à environ 1 ,u d'épaisseur dans le corps 17 en silicium. La concentration superficielle s'élève à 5«10 atomes par cm3. Dans le cas ou l'on diffuse du gallium on utilise de 18 30 la poudre de silicium qui contient 10 atomes par cm3 de gallium et le chauffage se fait pendant 20 mn à 1100°C dans le vide. La profondeur de diffusion et la concentration superficielle du gallium sont pratiquement identiques aux valeurs données ci-dessus pour l'aluminium. Les concentrations super-35 ficielle=t précitées deviennent légèrement inférieures lors du traitement d'oxydation suivant. Ensuite on décap® de façon usuelle dans la couche de nitrure de silicium 2 les ouvertures 3 et h d'une largeur d'environ 25 yU (voir fig. 2) à l'aide d'acide phosphorique 40 chaud. L'épaisseur de la couche d'oxyde 8 ne diminue pratique- 71 19976 -7- 2094036 ment pas. Par l'intermédiaire des ouvertures 3 et 4 on diffuse du phosphore dans le corps en silicium 1. A cet effet le corps en silicium avec une certaine quantité de poudre de silicium 5 dopée à l'aide de phosphore est chaiiffé pendant environ 10 mn à une température d'environ 1000°C dans un tube en quartz vide après quoi le corps en silicium est sorti du tube en quartz. Le corps en silicium est ensuite chauffé.à une température d'environ 1000°C alors que l'on fait circuler de la vapeur 10 sur le corps 1 jusqu'à obtenir dans les ouvertures 3 et 4 des couches d'oxyde de silicium 12 et 13 (voir fig. 3) d'environ 0,4 yu. L'épaisseur de la couche d'oxyde de silicium 8 augmente alors et atteint une valeur d'environ 0,9 yU. La concentration superficielle du phosphore dans le corps en silicium s'élève 19 15 à environ 5*10 atomes par cm3. Le phosphore diffuse plus profondément pendant le processus d'oxydation. Les zones d'alimentation et d'évacuation de type n*5 et 6 atteignent alors une épaisseur d'au moins 1 yu. La couche de nitrure de silicium 11 située sur la 20 région de canal 7 peut être remplacée par une couche d'oxyde de silicium 1 4 qui est plus mince que la couche d'oxyde enfoncée, après quoi l'électrode de porte 10 est appliquée sur cette mince couche. De façon usuelle les zones d'alimentation et d'évacu-25 ation et l'électrode de porte sont munies de conducteurs de courant. L'invention n'est pas limitée à la diffusion de gallium ou d'aluminium. C'est ainsi que par exemple avant l'application de la couche 8 l'interrupteur de canal 9 peut être obtenu par 30 diffusion de par exemple du bore. On peut également diffuser du gallium et de l'aluminium après la diffusion du phosphore ou après que dans les ouvertures 3 et 4 les couches d'oxyde de silicium 12 et 13 aient été obtenues-j- dans ce cas il faut prendre garde que les 35 zones d'alimentation et d'évacuation ne soient pas surdopées. D'autre part la diffusion de l'impureté en vue de l'obtention de l'interrupteur de canal peut être combinée avec des procédés avec lesquels la couche nitrure de silicium 2 ne s'étend pas initialement sur la région représentée sur la 40 fig. 1 mais uniquement sur la région représentée sur la fig. 2. 71 19976 2094036 Ensuite la couche d'oxyde enfoncée peut être élaborée et les zones d'alimentation et d'évacuation être diffusées, ces étapes pouvant être précédées ou suivies de la diffusion de l'impureté permettant l'obtention de l'interrupteur de canal. 5 D'autre part la couche de nitrure de silicium peut également être utilisée comme masque de diffusion pour la diffusion du phosphore après quoi la partie de la couche de nitrure dâ silicium non située sur la région de canal est enlevée et la surface de silicium située à l'extérieur de la 10 région de canal est oxydée. Avant ou après l'oxydation on peut diffuser alors l'impureté en vue de l'obtention de l'interrupteur de canal. La couche de masquage peut être constituée outre par du nitrure de silicium ou par d'autres matériaux masquant 15 contre l'oxydation, par example une couche double d'oxyde d'aluminium et d'oxyde de silicium. co^ 71 19976 -9- o ^ o /i r- D L Z\j / 4U 3 0 REVEND IC ATIONS; 1. Procédé de fabrication d'un dispositif semi-conducteur comportant un corps semi—conducteur en silicium à conduction d'un premier type dans lequel se trouvent deux zones super— 5 ficielles du type de conduction opposé qui forment les zones d'alimentation et d'évacuation d'un transistor à effet de champ avec électrode de porte isolée et dans lequel entre les zones d'alimentation et d'évacuation Si' étend la région de canal du transistor à effet de champ, contiguë à la surface de si-10 licium alors que sur une partie du corps en silicium et au moins sur la région de canal est appliquée,une couche de masquage qui au moins sur une partie de son épaisseur est coiistituée par un matériau différent de l'oxyde de silicium et masquant contre l'oxydation et la partie non masquée contre 15 l'oxydation de la surface du corps en silicium eét soumise à un traitement d'oxydation en vue d'obtenir une couche d'oxyde de silicium enfoncée au moins sur une partie de son épaisseur dans le corps en silicium, ce procédé étant caractérisé en ce que en utilisant la couche masquant contre l'oxydation 20 comme masque de diffusion, on diffuse une impureté dans le corps en silicium en vue d'obtenir ton interrupteur de canal contigu aux zones d'alimentation et d'évacuation et situé sous la couche d'oxyde de silicium enfoncée, cet interrupteur de canal étant du premier type de conduction et ayant une 25 concentration de dopage supérieure à celle de la partie adjacente du corps en silicium. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que au moins la partie de la couche masquante située sur la région de canal est utilisée comme une partie d'un masque 30 de diffusion Jors de la diffusion d'une autre impureté dans le corps en silicium en vue de l'obtention des zones d'.-aliraen-tation et d'évacuation. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'interrupteur de canal est élaboré avec une con- 35 centration en impuretés inférieure à la concentration superficielle de l'autre impureté dans les zones d'alimentation et d'évacuation. 4. Trocédé selon la revendication 1 , 2 ou 3 » caractérisé en ce qu 'on diffuse après le traitement d'oxydation, du kO gallium ou de l'aluminium comme impureté en vue de l'obtention COPY VA. 71 19976 10 2094036 de l'interrupteur de canal. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4j caractérisé en ce que la couche de masquage est appliquée sur la surface de la partie du corps de silicium qui est destinée à la région de canal et sur 5 la surface des zones d'alimentation et d'évacuation à diffuser après quoi la couche d'oxyde enfoncée est formée et des ouvertures sont pratiquées dans la couche de masquage pour la diffusion de l'autre impureté dans le corps en silicium en vue de l'obtention des zones d'alimentation et d'évacuation et à un stade suivant l'applicatiai de la couche 1C de masquage on diffuse l'impureté en vue de l'obtention de l'interrupteur de canal. 6. Dispositif semiconducteur obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5« QDPV