Brevet FR2074675A1 — publié le 19711008

la présente invention concerne des perfectionnements aux transistors métal - oxyde - semiconducteur (MOS) et à leurs procédés de fabrication. tes transistors du type dit métal - oxyde - semiconducteur (MOS) utilisent une plaquette de silicium comprenant notamment des régions de source et de drain, entre lesquelles est disposée une grille qui consiste en une couche superficielle d'oxyde, généralement une couche de silice. Leur utilisation dans les véhicules spatiaux est limitée par le fait que la silice se dégrade sous lteffet du rayonnement cosmique. De plus, ces transistors présentent le défaut d'avoir une transconductance faible, attachée à la constante diélectrique faible de la silice. Il est possible de remplacer la grille en silice par une grille en un matériau isolant ayant une constante diélectrique plus élevée et une meilleure tenue aux radiations. Toutefois, les procédés connus utilisés dans ce but ont l'inconvénient de modifier les caractéristiques cristallographiques et électriques de la plaquette en silicium. En particulier, on observe une évolution des impuretés diffusées dans les régions de source et de drain, ainsi qu'une modification de largeur du canal entre la source et le drain. De plus, la couche isolante que lton réalise par les procédés connus déborde inévitablement de la région de grille pour s'étendre sur les régions de source et de drain, sinon sur toute la surface de la plaquette. Il faut alors pratiquer des ouvertures dans la couche isolante pour que l'on puisse accéder à la région de source et de drain, de même qu 'à toute autre région de contact pouvant être prévue sur la plaquette de silicium. Or, il est difficile de réaliser des ouvertures, car les matériaux isolants les plus favorables ont une grande inertie chimique. De plus, il est en général nécessaire de remplir les ouvertures à l'aide d'un métal, afin de diminuer les irrégularités de sur face te procédé suivant l'invention évite les inconvénients mentionnés ci-dessus, car il permet d'obtenir une couche ayant une constante diélectrique élevée et une bonne tenue au rayonnement cosmique, cette couche pouvant être réalisée sur la couche de 8i- lice qui recouvre normalement la plaquette de silicium con8ecut5- vement aux diffusions qui créent entre autre les régions de source et de drain. De cette façon, les propriétés électrique de l'interface oxyde-semiconducteur ne sont pas modifiées. Le procédé ne fait pas non plus intervenir des températures de traitement susceptibles de faire évoluer les diffusions.De plus, le procédé laisse subsister des zones métalliques à l'emplacement des régions de contact lors de la formation de la couche à constante diélectrique élevée, de telle sorte que les régions de contact sont toujours accessibles en surface. Dans le procédé objet de l'invention, on part d'une plaquette de matériau semiconducteur recouverte d1une couche de silice sauf à l'emplacement de régions de contact prévues notamment en regard de régions de source et de drain. On recouvre la plaquette deune couche dfun métal dont l'oxyde présente une constante diélectrique plus élevée que celle de la silice, puis on place des pastilles métalliques protectrices de l'oxydation sur ladite couche de métal en regard des régions de contact, et on soumet la plaquette à un traitement ayant pour permet d'oxyder en totalité ladite couche de métal, sauf aux emplacements protégés par les pastilles. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif, et illustrée par les figures 1 a 4 jointes en annexe, qui représentent la vue en coupe d'un transistor MOS à diverses étapes de l'exécution du procédé. la figure 1 représente un transistor de type MOS (métal oxyde - semiconducteur) utilisant une plaquette i en silicium de type 1, à une étape de la fabrication de ce- transistor pour laquelle la plaquette comprend deux régions de type P, 2-et 3, qui ont été obtenues par un procédé connu de diffusion d'impuretés dans une face de la plaquette. Cette face de la plaquette est recouverte d'une-couche de silice 4 comportant des ouvertu res à l'emplacement des régions de type P. Les régions de type P constituent respectivement la région de source 2 et la région de drain 3 du transistor. il faut noter que l'on peut aussi prendre une plaquette en silicium de type P, et créer des régions diffusées de type N. Le procédé suivant l'invention a pour but soit de renforcer la couche de silice 4, soit de remplacer cette couche en partie ou en totalité, à l'aide d'une couche d'un matériau ayant une bonne tenue aux radiations et/ou une constante diélectrique plus élevée que celle de la silice, tout en conservant l'accès aux régions de source et de drain 2 et 3. Facultativement, si on désire que l'épaisseur relative du meilleur diélectrique soit grande, on commencera par éliminer par voie chimique tout ou partie de la couche de silice 4. L'opération qui suit, illustrée par la figure 2, consiste à former, par exemple par évaporation sous vide, une couche d'un premier métal 5 qui recouvre la couche de silice 4 ainsi que les régions de source et de drain 2 et 3. Le métal dont est faite la couche 5 est choisi parmi les métaux que l'on peut oxyder en totalité , et qui fournissent un oxyde ayant une bonne tenue aux radiations et/ou une constante diélectrique plus élevée que celle de la silice, comme le tantale ou le zirconium. Dans l'opération suivante illustrée par la figure 3, en regard des régions de source et de drain 2 et 3, on dépose localement des pastilles protectrices 6 en couche mince d'un second métal capable d'éviter l'oxydation du métal sous-jacent de la couche 5, lors du traitement d'oxydation décrit plus loin. Ce second métal peut etre un métal inaltérable ou simplement un métal ne s'oxydant que partiellement sous l'effet d'un traitement qui oxyde le premier métal en totalité. Dans le cas où lton choisit le tantale comme premier métal, on peut choisir l'alu- minium comme second métal. Les pastilles protectrices 6 peuvent alors Qtre découpées par un procédé photolithographique dans une couche d'aluminium que lton forme sur la couche de tantale 5. Lorsque la plaquette est dans l'état illustré par la figure 3, on la soumet à un trait ment thermique ou autre ayant pour effet d'oxyder le métal de la couche 5. Si la couche 5 est en tantale, on place la plaquette dans un four à 5000 C environ et sous oxygène pendant un temps choisi en fonction de l'épaisseur de la couche pour assurer ltoxydation complète du tantale. Mais il doit être bien entendu que le tantale s'oxyde seulement en dehors des endroits protégés,c'est~b-dire en dehors des régions de source et de drain 2 et 3 qui sont protégées par les pastilles 6. La figure 4 est une vue de la plaquette après ce traitement d'oxydation. Le tantale, métal de la couche 5, s'est totalement transformé en oxyde de tantale, sauf aux endroits où se trouvent les régions de source et de drain. Sur la figure 4, on a hachuré globalement les parties qui surmontent les régions de source et de drain, pour bien montrer que ces parties sont en métal. Les régions de source et de drain sont donc accessibles en surface. Toutefois; il se peut que le traitement thermique ait partiellement oxydé les pastilles protectrices 6. Dans le cas où elles sont en aluminium, ces pastilles se recouvrent d'une très mincepellicule d'alumine qu'il est très facile d'éliminer par décapage chimique. La grille du transistor est constituée par la portion de deux couches dioxyde superposées 4 et 5 qui est comprise entre les régions de source et de drain. On termine le transistor en métallisant cette grille, afin de constituer une électrode (non représentée). On voit donc que le procédé suivant l'invention permet de réaliser une grille comprenant une couche d'un oxyde tel que l'oxyde de tantale, présentant une constante diélectrique élevée et une bonne tenue au rayonnement cosmique. Le traitement d'oxydation utilisé dans le procédé fait intervenir des températures suffisamment bassespour ne pas affecter les caractéristiques électriques ou cristallographiques du transistor ; en particulier, la largeur du canal entre source et drain ne se modifie pas. Les caractéristiques électriques de linterface oxyde-semiconducteur se conservent également, en particulier lorsqu'on laisse subsister une certaine épaisseur de silice sous la couche d'oxyde à constante diélectrique élevée. Il faut noter que les contacts de source et de drain, de méme que toutes les autres régions de contact pouvant exister sur la plaquette, sont accessibles en surface, sans qu'il soit nécessaire de percer des ouvertures dans la couche d'oxyde à constante diélectrique élevée. il faut aussi noter qu'il est possible de définir avec précision l'épaisseur de la couche d'oxyde à constante diélectrique élevée, car il existe une relation entre épaisseur de cette couche et l'épaisseur du métal qui a servi à la constituer, Le procédé est d'une mise en oeuvre facile, et il peut servir à la fabrication de transistors NOS ayant aussi bien la forme de dispositifs indépendants, que la forme de composante de circuits intègres. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un transistor NOS (métaL-oxyde semiconducteur), caractérisé en ce que l'on prend une plaquette de matériau semiconducteur recouverte d'une couche de silice sauf à l'emplacement de régions de contact prévues notamment en regard de régions de source et de drain, on recouvre la plaquette d'une couche d'un métal dont lto yde présente une bonne tenue aux radiations et/ou une constante diélectrique plus élevée que celle de la silice, puis on place des pastilles protectrices de l'oxydation sur ladite couche de métal en regard des régions de contact, et on soumet la plaquette à un traitement ayant pour effet d'oxyder en totalité ladite couche de métal sauf aux emplacements protégés par les pastilles protectrices, et on termine le transistor de façon connue, notamment en métallisant la surface comprise entre le drain et la source pour constituer une électrode de grille. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que xyde de la couche de metal à forte constante diélectrique est en tantale. 3.- Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les pastilles protectrices sont en aluminium. 4. Procédé suivant larevendication 2, caractérisé en ce que le traitement d'oxydation de ladite couche de métal comprend le passage de la plaquette dans un four à 5000 C sous atmosphère oxydante 5; Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, avant de former ladite couche de métal, on diminue l'épaisseur de la couche de silice, éventuellement jusqu'à éliminer cette couche, 6. Transistor h-OS, caractérisé en ce qu'il comporte une grille qui, au moins. sur une partie de son épaisseur, est constituée par un oxyde métallique ayant une bonne tenue aux radiations et/ou une constante diélectrique plus élevée que celle de la silice, et en ce que les régions de contact du transistor sont au moins partiellement faites du métal dont est constitué ledit oxyde.