Brevet FR2102341A1 — publié le 19720407

La présente invention se rapporte à la fabrication de dispositifs semiconducteurs et concerne plus particulièrement la fabrication de circuits intégrés contenant des transistors à effet de champ ayant des modes de conduction différents» 5 Certains types de circuits intégrés comportent plusieurs tran sistors à effet de champ dont chacun est constitué par une couche isolante disposée entre une électrode de commande ou une "grille" et une région de canal, cette électrode et la région de canal étant alignées de façon précise. Dans certains cas, on a besoin que cer-10 tains composants comprennent des transistors à effet de champ à canal P, tandis que d'autres composants du même substrat comprennent, des transistors à effet de champ à canal H» Les dispositifs contenant des transistors ayant des modes de conduction différents sont qualifiés de "dispositifs complémentaires". 15 Jusqu'à présent, on a rencontré certaines difficultés pour produire d'une manière simple et reproductible de tels dispositifs complémentaires. C'est ainsi, par exemple, qu'à cause des différentes caractéristiques de conduction des divers composants, on était obligé de procéder à un nombre relativement grand d'étapes de mas-20 quage et de dopage exigeant l'utilisation de plusieurs photomasques et un repérage rigoureux de ceux-ci. Or, il est bien évident que ces différentes opérations sont longues et difficiles à exécuter, et qu' elles pèsent lourdement sur le prix de revient. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressorti-25 ront de la description qui va suivref donnée uniquement à titre d' exemple nullement limitatifs en référence au dessin annexés dans lequel : - la fig.l est une vue en plan d'une pièce utilisée dans un mode de réalisation de l'invention, 30 - la fig.2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la fig.l, - les figo 3 et 4 sont des vues identiques à la fig.2, mais qui montrent la pièce à des étapes ultérieures du procédé de fabrication de la présente invention, - la fig.5 est une vue en.plan de la pièce représentée sur la 35 fig.4, - la fig.6 est une vue identique à celle des fig.3 et 4, mais à une étape ultérieure de fabrication, 'bad original 71 16914 2 2102341 - la fig.7 est une coupe suivant la ligne 7-7 de la fig.6, - les fig.8, 9, 10 et 11 'sont desvues identiques à la fig.6 illustrant des étapes successives de la fabrication du dispositif, et 5 - la fig.12 est une vue en plan dé la pièce à une étape encore plus tardive du procédé de fabrication. Dans un mode de réalisation de l'invention, le procédé commence avec une pièce (fig.l et 2) comprenant un substrat isolant 12 ayant un certain nombrè d'îlots espacés 14, 16 et 18, chaque îlot é-10 tant constitué par une couche de matière semiconductrice, par exemple; de silicium? de germanium, de carbure, de silicium ou de divers composés des groupes III-Y, etc. Le mode de réalisation décrit ci-contre utilise le silicium comme matière semiconductrice. Le substrat 12 peut être constitué par 15 l'une quelconque des nombreuses matières sur lesquelles les divers semiconducteurs peuvent être déposés. Comme exemples de matières convenant pour le substrat, on peut citer le saphijp, le diamant et le carbure de silicium. Dans le cas présent, on utilise le saphiir. Dans un autre mode de réalisation, non-représenté, le substrat 20 est constitué par une matière semiconductrice, par exemple par l'une des matières citées ci-dessus et, au lieu de former des îlots en relief à la surface du substrat , on produit des îlots ou des régions espacées ayant des caractéristiques de conduction différentes à 1' intérieur du substrat, ces régions s'étendant jusqu'à l'une des sur-25 faces de celui-ci. Diverses opérations décrites ci-après à propos des îlots en relief peuvent aussi être exécutées à la surface du substrat semiconducteur1. Les îlots 14 et 18, qui sont du type n, ont une résistivité d' environ 1© ohms/cm, tandis que l'îlot 16, qui est de type p a une 30 résistivité d'environ 1 ohm/cm, chacun de ces îlots ayant une épaisseur de l'ordre du micron. Pour la commodité de l'illustration et de la description , on n'a représenté que trois îlots, toutefois, dans la pratique, un nombre relativement grand d'îlots espacés sont généralement formés sur le substrat, le nombre, les dimensions et la 35 forme de ces îlots étant fonction du circuit intégré particulier à produire. Les procédés pour produire la pièce (fig.l et 2) sont classi- BAD GRiGIN/ ' 71 16914 3 2102341 ques et, bien que n'ayant pas été représentés, peuvent consister, par exemple, à déposer une première couche de silicium de type p sur le substrat 12, à diviser cette couche de silicium en îlots individuels 14 et 18 ( les restes de cette première couche étant désignés 5 par la référence 20 sur la fig.2), à couvrir les îlots 14 et 18 d'une couche de masquage, à déposer une seconde couche de type p sur la pièce et à enlever les parties de cette seconde couche (dont les restes ont été désignés par la référence 22), laissant ainsi subsister l'îlot 16. On enlève ensuite la couche de masquage couvrant les î-10 lots 14 et 18 pour obtenir la pièce représentée sur les fig.l et 2. Ensuite, comme le montre la fig.3, on dépose une troisième couche 24 d'une matière isolante, telle que le bioxyde de silicium, le nitrure de silicium, l'oxyde d'aluminium, etc., sur chacun des îlots 16 et 18, mais pas sur l'îlot 14. Dans le cas présent, la couche 24 o 15 est une couche de bioxyde de silicium et a une épaisseur de 1000 I . Bile peut être produite, par exemple, par une technique classique de croissance thermique ou de déposition, la technique de croissance thermique est préférable car elle produit une couche plus dense et plus imperméable. La Demanderesse a constaté qu'on obtient ainsi des 20 meilleurs résultats en ce qui concerne les performances des transistors à effet de champ résultants. On dépose ensuite sur la pièce, une quatrième couche 26 de matière conductrice, par exemple, de tungstène ou d'une matière pouvant être convertie en une matière conductrice, par exemple, du ger-25 manium ou du silicium qui, de préférence, est intrinsèque. Dans le présent mode de réalisation, on utilise une couche de silicium poly-cristallin non-dopée ayant une épaisseur de l'ordre du micron,cette couche étant produite par des techniques classiques. Ensuite, comme le montrent les fig.4 et 5, on dépose une couche 30 de matière photosensible 28 sur la pièce et'on l'impressionne de façon à produire deux images latentes 30 et 32 au-dessus des îlots 16 et 18, en utilisant un seul masque photographique selon des procédés connus. Gomme le montre la fig.5» les deux images latentes 30 et 32 s'étendent au-delà des bords opposés des îlots 16 et 18. On dévelop-35 pe ensuite la couche'28 et on ia fixe laissant ainsi les couches cLe masquage 28' au-dessus de chacun des îlots 16 et 18„ couches qui s" étendent au-delà des deux côtés opposés de chacun des îlots, comme 'BAD original 71 16914 4 2102341 le mbntre la fig.7. Des procédés photolithographiques pour exécuter ces étapes sont universellement connus. On enlève ensuite les parties découvertes, des deux couches 24 et 26 en utilisant des mordants qui n'attaquent pas les coticiies de 5 masquage 28'. C'est ainsi, par exemple, qu'en utilisant la résine photosensible mentionnée, un mordant constitué par une solution dilué® d'îiydr oxyde de potassium est utilisé pour enlever les parties découvertes de la couche de silicium polycristalline 26, et un mordant constitué par une solution tamponnée d'acide fluorhydrique est uti-10 lisé pour enlever les parties découvertes de la couche de bioxyde de silicium 24» On enlève ensuite les couches de masquage 28 *, ce dont résulte la structure apparaissant sur la fig.8. Les parties restantes des couches 24 et 26, qui seront qualifiées ci-après de "structures 15 stratifiées 36" s'étendent au-dessus d'une région 38 de chacun des îlots 16 et 18. Comme il est décrit plus loin., les régions 38 constituent la région de canal des transistors à effet de champ devant être fabriqués dans les îlots 16 et 18. L'un des avantages du procédé ci-des-20 sus est que malgré l'utilisation d'étapes simples et faciles à réaliser, on obtient des régions de canal très précisément définies, alors que pour obtenir ce résultat avec les procédés de la technique antérieure, il faut- beaucoup de soin et de précision. C'est ainsi, par exemple, que dans le procédé décrit ci-contre, les structures 25 stratifiées 36 et la région de canal 38 définie par celles-ci sont utilisées en n'utilisant qu'un seul masque photographique et une seule couche de masquage, alors que dans la technique antérieure, deux masquages et deux étapes d'alignement sont nécessaires pour produire des transistors complémentaires. Le repérage du masque sur la 30 pièce exige souvent un degré élevé de précision dans la technique antérieure, alors que la précision exigée est relativement faible dans le procédé de l'invention, nécessitant simplement que 'las images du photomasqus définissant les structures stratifiées 36 soient approximativement centrées au-dessus des îlots 16 et 18. Ceci résul-35 te du fait que les dimensions relatives des régions de source et de drain de chaque transistor n'ont que peu d'importance en ce qui concerne les performances de celui-ci. BAD ORJÇiNAl 71 16914 5 2102341 De plus, les couches 24 des structures stratifiées 36 comprennent la couche isolante de la grille des transistors à effet de champ à fabriquer, comme décrit ci-après. Un autre avantage du présent procédé est qu'après que la couche 24 a été produite sur la 5 pièce, et avant la délimitation de celle-ci, cette couche 24 est couverte par la couche 26 qui lui sert de masque dans les étapes ultérieures. Autrement dit, une fois formée, la couche isolante 24 est elle-même protégée par la couche de couverture 26. Or, on constate que ceci augmente le rendement des dispositifs en évitant que les 10 couches isolant la grille soient endommagées pendant les étapes ultérieures du traitement] ceci représente l'un-des problèmes non-résolus de la technique antérieure. Ensuite, comme le montre la fig.9, on couvre les îlots 18, incluant la structure stratifiée 36, avec une couche 42 de bioxyde de 15 silicium ayant une concentration élevée, par exemple de l'ordre de 20 5 1.10 atomes/cm d'impuretés de type p, par exemple d'atomes de bore. De plus, on couvre les îlots 14 et 16 d'une couche 44 de bioxyde de silicium ayant une concentration élevée, par exemple de l'ordre 20 3 de 1.10 atomes/cm d'impuretés n, par exemple de phosphore. Les 0 20 couches 42 et 44 ont une épaisseur de l'ordre de 1500 ~k, par exemple. Des techniques pour produire ces deux couches 42 et 44? par exemple, par des étapes successives de dépôt et de définition photolithographique sont universellement connues. Le fait important est que la délimitation ou la définition de 25 chacune des couches 42 et 44 n'est pas critique et n'exige qu'un petit degré de précision. Plus précisément, il suffit simplement que les deux couches 42 et 44 couvrent complètement les divers îlots 14, 16 et 18, comme le montre la fig.S. Un débordement de ces couches sur la surface du substrat et même l'une sur l'autre est sans impor-30 tance. Ceci simplifie considérablement la fàbrication des présents dispositifs. Les couches 42 et 44 comprennent des substances de diffusion pour les diverses matières sousjacentes. En conséquence, dans l'étape suivante,^ on chauffe la pièce dans une atmosphère inerte, par 35 exemple dans l'argon, à 11002C~, pour provoquer la migration des impuretés contenues dans les couches 42 et 44 vers les matières sous-jacentes. Le résultat de cette étape est représenté sur la fig.10. BAD ORIGINAL ^ 71 16914 6 2102341 Du fait de la présence des impuretés n dans la couche 44, 1' îlot 14 qui, à l'origine était modérément dopé avec des impuretés n, devient fortement dopé (n+), avec, par exemple, une résistivité d' environ 0,001 ohm/cm. 5 Dans l'îlot 16, la diffusion des impuretés n de la couche 44 a pour effet de doper la couche polycristalline 27 (qui sera désignée à partir de maintenant par la référence 26') de la structure stratifiée 36, lui conférant ainsi une conduction n avec une résistivité d'environ 0,01 olim/cm, par exemple. La continuation de la diffusion 10 d'impuretés n dans la région de canal sousjacente 38 de l'îlot 16 est, dans une large mesure, empêchée par la présence de la couche de bioxyde de silicium 24 ,qui, comme l'on sait, est une barrière de diffusion efficace. Ainsi, la région de canal 38 conserve la conduction p. 15 La diffusion des impuretés n de la couche 44 de l'îlot 16 dans la couche 20, de part et d'autre de la région de canal 38, produit deux régions 48 et 50 de type n ayant une résistivité d'environ 0,001 ohm/cm. La structure résultante, qui comprend deux régions n 48 et 50 de part et d'autre d'une région de canal p 38, une couche 20 de bioxyde de silicium 24 couvrant la surface de la région de canal 38 et une couche fortement dopée 26' ayant une faible résistivité électrique qui s'étend au-dessus de la région de canal 38, constitue un transistor à effet de champ à grille isolée du type n-MOS, c'est à dire un dispositif ayant une région de source 48 et une région de 25 drain 50 de type n, une électrode de commande ou une grille 26' et une couche d'oxyde 24 disposée entre la grille 26' et un canal 38. De même, la diffusion des impuretés p de la couche 42 couvrant l'îlot 18 a pour résultat de former un dispositif p-MOS, c'est à dire un dispositif ayant une région de source 52 de type p, une région 30 de drain 54 de type p, et une électrode de commande 26' de type n. L'un des avantages du présent procédé est que les électrodes de commande, c'est à dire, les couches polycristallines 26', maintenant" fortement dopées et, par conséquent, conductrices, les structures stratifiées 36, sont automatiquement alignées avec un degré élevé de 35 précision avec les régions de canal 38. Ceci résulte, comme décrit ci-dessus, du fait que les structures stratifiées 36 servent de masque dans la formation des régions 38. L'alignement de l'électrode-de BAD QftlGlNAl 71 16914 7 2102341 commande avec la région de canal d'un transistor à effet de champ est important, comme l'on sait, pour obtenir un fonctionnement efficace, en particulier, aux fréquences élevées. Les structures stratifiées 36 servent aussi de masque dans la 5 formation des régions de source et de drain, de part et d'autre des régions de canal. Bien qu'il se "produise une certaine diffusion latérale des impuretés sous les structures stratifiées 36, cette diffusion latérale reste très faible par suite de l'extrême minceur de la couche 20 et le débordement entre les électrodes de commande et 10 les régions de source et de drain reste à un minimumo Ceci permet effectivement de minimiser la capacité entre électrodes du dispositif, ce qui, commë l'on sait, est avantageux pour améliorer les performances de celui-ci. Ainsi donc, comme il a été noté ci-dessus, bien que les couches 42 et 44 renferment les impuretés de dopage, 15 soient produites par des procédés simples et reproductibles, ne nécessitant qu'une précision réduite, on obtient divers composants5 ayant des caractéristiques de conduction différentes, et qui présentent une précision dimensionnelle élevée. De plus, l'utilisation d'unè matière semiconductrice pour la 20 couche 26, au lieu d'avoir recours, par exemple, à un métal, offre une plus grande souplesse dans le calcul des divers composants» Plus précisément, par un choix judicieux du dopage des couches 26, on peut produire des électrodes de commande 26! ayant différentes caractéristiques, par exemple, différentes fonctions de "travail et 25 qui conviennent le mieux pour les composants particuliers à fabriquer. Pour achever le dispositif, on enlève les couches 42 et 44spar exemple, par un décapage avec une solution tamponnée d'acide fluor-hydrique, et on produit une couche d'oxyde thermique 60 (figoll) 30 sur les parties découvertes des îlots 14, 16 et 18» Etant donné que les couches de bioxyde de silicium 24 des structures stratifiées 36 sont couvertes par une souche de silicium 26®, 13 épaisseur des cou™ - ches- de- bioxyde de silicium 24 n'est pas modifiée par cette derniers étape de croissance thermique., Ceci est avantageux en ce qu'on 35 peut ainsi utiliser une couche d'oxyde 60 relativement épaisses par exemple, de l'ordre de 5000 ^ , pour assurer un bon isolement électrique des divers composants du dispositif entré euxs tout en pou- BAD ORIGINAL^ 71 16914 8 2102341 vant utiliser une couche d'oxyde de canal relativement mince 24, par s exemple, de l'ordre de 1000 Â, ce qui est préférable pour les performances du dispositif. Ensuite, on produit les diverses ouvertures de contact 62 dans 5- la couche d'oxyde 60 dénudant, comme le montre la fig.ll, une partie de la couche de silicium 20 de l'îlot 14 et certaines parties des régions de source et de drain des îlots 16 et 18. De plus, bien que ce ne soit pas représenté, certaines parties de la surface de chacune des électrodes de commande ou grille 26' sont également décou-10 vertes à des positions qui ne surplombent pas les îlots 16 et 18. Le décalâge des trous de contact de l'électrode de commande 26' par rapport aux îlots 16 et 18 est prévu car, habituellement,les régions de canal 38 des îlots, avec lesquelles les électrodes de commande 265 sont alignées, sont si petites qu'on ne dispose pas d'une étendue 15 suffisante au-dessus des îlots pour pouvoir établir facilement des contacts. Une couche (non-repi-ésentée) de métal, par exemple, d'aluminium, d'une épaisseur de 1 micron, est ensuite déposée sur la pièce et au contact des diverses surfaces découvertes et est ensuite délx-20 mitée, par des moyens connus, afin de produire des connexions électriques 64 (fig.12) du dispositif. Comme représenté, l'îlot allongé 14 sert d'élément de connexion entre les divers composants du substrat 12, par exemple, entre la région de source 48 de l'îlot 16 et l'électrode de commande 26* du transistor de l'îlot 18. La couche 25 isolante épaisse 60 (fig.ll) couvrant la couche conductrice 20 de 1' îlot permet le croisement des autres éléments de connexion 64 au-dessus de l'îlot 14 sans qu'il en résulte de court-circuit. Dans un mode de réalisation utilisant un substrat semi-conducteur, comme il a été brièvement mentionné plus haut, l'îlot de liai-30 son correspondant à l'îlot de liaison 14 du mode de réalisation représenté est, de préférence, un îlot en relief sur la surface du substrat au lieu d'être une région située à l'intérieur de celui-ci. On obtient ainsi un meilleur isolement électrique entre l'élément de connexion et le substrat et une plus grande liberté en ce qui concer-35 ne sa forme. Dé plus, pour 18isoler davantage du substrat, une couche isolante, par exemple de bioxyde de silicium, est prévue entre la couche conductrice de "l'îlot de liaison et la surface du substrat» BAD ORIGINAL 71 16914 2102341 BEVijgDIGATIQITS 1.-Procédé pour fabriquer des dispositifs semiconducteurs ayant des types complémentaires caractérisé en ce qu'il consiste à former des îlots espacés de matière semiconductrice sur un substrat, l'un 5 desdits îlots ayant une conduction p, tandis que l'autre a une conduction n; à produire une structure stratifiée sur une partie de chacun desdits îlots, lesdites structures stratifiées comprenant une première couche de matière isolante et une couche de couverture de matière semiconductrice; à produire sur ledit îlot p, y compris sur 10 sa .structure stratifiée, une couche de diffusion contenant des impuretés de type n; a produire sur l'îlot n, y compris sur sa structure stratifiée, une couche de diffusion contenant des impuretés de type p, et à faire passer les impuretés desdites couches de diffusion dans les matières qu'elles couvrent afin de produire ainsi des 15 électrodes de commande et des régions de source et de drain pour un transistor formé dans chacun desdits îlots, lesdits transistors ayant des modes de conduction opposés. 2.- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les dits îlots sont formés sur du silicium et en ce que les dites struc- 20 tures stratifiées sont produites par une séquence d1 étape consistant à faire croître par voie thermique une couche de bioxyde de silicium sur chacun desdits îlots; à déposer une couche de silicium intrinsèque sur lesdites couches produites par croissance thermiquej à couvrir ladite couche intrinsèque avec une couche de matière photosen-25 sible; à former une image latente desdites structures stratifiées dans ladite matière photosensible en utilisant un seul photomasque; et, à définir ou délimiter ladite matière photosensible, ladite couche de bioxyde de silicium, et ladite couche intrinsèque afin de produire lesdites structures stratifiées » 30 3o- Procédé selon la revendication ls caractérisé en ce qu'il consiste à former un îlot supplémentaire de matière semiconductrice sur ledit substrat; à couvrir cet îlot supplémentaire avec l'une des dites couches de diffusion et, après l'étape de dopage, à produire une couche isolante sur ledit îlot supplémentaire. 35 4.- Procédé selon la revendication 3, caraetérisé en ce que la dite étape de dopage des impuretés des deux couches de diffusion est exécutée en même temps, de sorte que le dopage de tous les îlots a lieu simultanément. BAD ORIGINAL^