Brevet FR2080930A1 — publié le 19711126

La présente invention concerne les isolateurs de champ pour des dispositifs semiconducteurs Metal-Isolant-Silicium. Dans les circuits intégrés semiconducteurs Metal-Isolant-Silicium, des isolateurs de champ sont déposés sur la surface du corps semiconducteur entre les composants actifs. Il est important que ces isolateurs de champ présentent une tension de seuil d'inversion aussi élevée que possible, afin d'empêcher la formation de canaux d'inversion à l'interface,entre l'isolateur de champ et le corps semiconducteur. Ces couches dtinversion tendent à court-circuiter les composants actifs séparés en coupant ainsi les barrières d'isolement qui se sont formées entre eux. On connaît déjà un dispositif Metal-Isolant-Silicium (appelé également dispositif M.I.S.) ayant un isolateur de champ qui est formé par naissance thermique de bioxyde de silicium humide sur la surface de silicium dans une atmosphère de vapeur, suivre par un dépôt supplémentaire de nitrure de silicium. On a observé, toutefois, que les isolateurs de champ formés en utilisant des oxydes humides présentent deux caractéristiques nuisibles. la première caractéristique nuisible réside en ce que, au cours de la naissance thermique de l'oxyde humide, du phosphore est rejeté par l'oxyde formé et tend à s'amonceler à la surface du corps semiconducteur entre les composants actifs. Cet amoncellement en surface du phosphore tend à réduire la résistivité du matériau semiconducteur à la surface, et si cette résistivité chute#jusqu'à/ou bien audessous de un ohm par cm, la tension de seuil sous l'isolateur de champ commence à chuter brusquement en réduisant ainsi l'isolement électrique entre les composants.Un second problème associé avec des oxydes humides réside en ce que l'isolateur de champ qui est formé initialement sur la surface totale de la plaquette a tendance à extraire par lessivage le bore des régions de source et de drain préalablement formées. Ce "lessivage" tend à modifier les caractéristiques électriques des dispositifs M.I.S. formés, en engendrant une dégradation sévère de la fréquence de fonctionnement et de la vitesse de commutation des transistors Metal-Oxyde-Silicium. La présente invention a pour objet de proposer un dispositif semiconducteur perfectionné M.I.S. La présente invention a encore pour objet de proposer un isolateur de champ perfectionné pour un dispositif M.I.S. Selon l'invention, il est proposé un procédé de fabrication d'un isolateur de champ pour un dispositif semiconducteur M.I.S., caractérisé en ce qu'on fait croître thermiquement une couche de bioxyde de silicium sec à la surface d'un corps de silicium dans une atmosphère d'oxygène exempte d'eau. Selon une autre caractéristique de l'invention, il est proposé une couche de nitrure de silicium déposée sur la couche d'oxyde formée thermiquement. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée ci-dessous.Bien entendu la description et le dessin ne sont donnés qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. La figure unique du dessin représente un dispositif semiconducteur M.I.S. utilisant la présente invention. On a trouvé que les problèmes associés avec l'utilisation d'un oxyde humide pour l'isolateur de champ d'un dispositif M.I.S. peuvent être résolus en faisant crotte un oxyde sec sur un corps en silicium. Un autre exemple d'utilisation de la présente invention est représenté sur la figure , selon lequel on utilise un corps en silicium 1 de type de conductivité N présentant une résistivité d'environ 5 ohms par cm. Des régions de source 2 et des régions de drain 3 sont tout d'abord formées dans le corps. Ceci est obtenu en masquant la surface du corps 1 par une couche de bioxyde de silicium ~cette couche de bioxyde de silicium peut être déposée par des techniques thermiques ou de décharge luminescente, ou pvrolitiques, classiques. Dans ltexemple considéré, la couche de bioxyde de silicium initial peut être formée thermiquement dans une atmosphère d'oxygène à 12000C jusqu a ce que 6500 angstroms de bioxyde de silicium soient formés. En utilisant les techniques classiques photolithographiques et de gravure, des trous sont formés dans cette couche d'oxyde, afin d'exposer les portions de la surface du corps de silicium 1 où doivent être effectuées des diffusions de source et de drain. En utilisant ensuite des techniques de diffusion classiques, une impureté du type P, telle que le bore, est diffusée à travers les ouvertures de la couche d'oxyde pour former des régions correspondantes de source et de drain dans le corps. Ensuite,on utilise un décapant intermédiaire d'acide fluorhydrique pour enlever la couche de bioxyde de silicium. L'isolateur de champ est maintenant formé sur la surface totale du corps 1 en utilisant le principe de l'invention. Cet isolateur de champ est formé en faisant pousser thermiquement une couche de bioxyde de silicium sec sur la surface de silicium dans une atmosphère d'oxygène exempte d'eau. Dans un exemple de formation de cette couche de bioxyde de silicium sec#, une couche 4 de 2000 angstroms est formée sur la surface totale à environ 10500C dans une atmosphère d'oxygène sec pendant environ 2 heures et demie à 3 heures. Dans d'autres exemples, l'oxydation peut être réalisée pour des valeurs discrètes allant d'environ 9200C jusqu'à environ 11500C. Lorsque les 2000 angstroms de bioxyde de silicium sec sont formés, la plaquette est recuite à 5500C dans de l'oxygène sec afin d'engendrer une charge d'interface positive Si - Si 02 plus grande que celle obtenue à partir d'un oxyde vapeur. Si, comme dans les traitements classiques M I S décrits ci-dessous, le circuit est exposé à les traitements thermiques subséquents à température élevée, une couche 5 de nitrure de silicium, déposée sur la couche 4de bioxyde de silicium formée précédemment, maintient élevée la charge positive. On doit remarquer que si le nitrure de silicium n'est pas nécessaire, le dispositif ne doit pas être exposé à un traitement subséquent à température élevée. Dans l'exemple considéré, le nitrure de silicium 5 a été déposé en utilisant les techniques classiques de décharge luminescente à fréquence radio, telles que celles décrites dans le brevet français NO 1 442 502 demandé le 6 mai 1965 par la Société dite : "International Standard Electric Corporation", jusqu'à une épaisseur d'environ 3000 angstroms pour une température d'environ 4000C. On a trouvé que les isolateurs de champ ayant une couche de bioxyde de silicium sec de 2000 angstroms d'épaisseur, augmentée d'une couche de nitrure de silicium de 3000 angstroms d'épaisseur, formée dessus, présentent des tensions de seuil supérieures à 25 volts, ce qui est plus élevé que la tension de seuil utilisant les techniques d'oxyde humide connues. Dans l'opération suivante de la fabrication du dispositif, une autre couche 6 de bioxyde de silicium d'environ 10000 angstroms est formée par des techniques pyrolitiques ou de décharge luminescente sur la couche de nitrure de silicium. Le but de cette couche épaisse de bioxyde de silicium est de réduire la capacité parasite ainsi que d'augmenter la tension d'inversion à des valeurs supérieures à 70 volts pour une orientation (100). De memessen utilisant des techniques classiques photolithographiques et de gravure, des trous sont formés sur cette couche 6 sus-jacente de bioxyde de silicium, afin d'exposer des portions de couches de nitrure de silicium sous-jacentes, qui à son tour situe la région de source et de drain sous-jacente de chaque composant et la zone de canal entre chaque source et chaque drain.En utilisant un décapant convenable, tel que l'acide phosphorique, la portion exposée de la couche 5 de nitrure de silicium est enlevée afin d'exposer la surface de la couche 4 de bioxyde de silicium précédemment formée. La portion exposée de la couche 4 de bioxyde de silicium est ensuite enlevée en utilisant un décapant approprié, tel que de l'acide fluorhydrique, jusqu'à ce que la surface de chaque source, chaque drain et chaque zone de canal intermédiaire soit exposée. Une nouvelle couche de bioxyde de silicium est ensuite formée thermiquement sur la portion exposée des zones de source et de drain et de canal dans une atmosphère d'oxygène exempte dteau. Dans cet exemple, une couche 7 de bioxyde de silicium sec de 1000 angstroms est formée dans un four en maintenant une température de 11500C pendant environ 27 mn.La couche d'oxyde 7 sert d'isolateur d'électrode de commande pour chaque dispositif, et afin d'avoir une faible tension de seuil et une faible charge à l'interface entre l'isolateur 7 d'électrode de commande et la surface de silicium, le dispositif est ensuite recuit pendant environ la même durée et à la même température dans de l'azote sec.- En utilisant de nouveau les techniques classiques photolithographiques et de gravure, des trous sont formés dans la couche d'oxyde 7, afin d'exposer les portions de régio#ns de source 2 et de régions de drain 3.En utilisant maintenant les techniques classiques de métallisation, des électrodes de source 8, des électrodes de-drain 10 et des électrodes de commande 9 y sont -formées, en meme temps que le diagramme d'interconnexion requis de métallisation pour le dispositif de circuit intégré final. Ces électrodes peuvent être en tout métal approprié,-tel que l'aluminium, le nickel, l'or ou le palladium. Le dispositif est ensuite empaqueté en utilisant les techniques classiques d'encapsulation. Dans le dispositif résultant, les isolateurs de champ de charge élevée stétendent sur la surface du corps entre les composant#s actifs, tandis que les isolateurs d'électrodes de commande à faible charge s'étendent sur la surface du corps entre chaque région de source et chaque région de drain. Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec un exemple particulier de réalisation, on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. REVENDICATIONS 10) Procédé de fabrication d'un isolateur de champ pour un dispositif semiconducteur M.I.S. caractérisé en ce qu'on fait croître thermiquement une couche de bioxyde de silicium sec sur la surface d'un corps en silicium dans une atmosphère d'oxygène exempte d'eau. 20) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on dépose une couche de nitrure de silicium sur la couche d'oxyde formée thermiquement. 30) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche d'oxyde a une épaisseur d'environ 2000 angstroms et en ce que la couche de nitrure a une épaisseur d'environ 3000 angstroms. 40) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche de nitrure est déposée par décharge luminescente sans électrode à 4000C. 50) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche d'oxyde sec est formée à une température discrète dans la gamme de 9200C à 11500C pendant environ 2 heures et demie à 3 heures. 60) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on dépose une couche de bioxyde de silicium sur la couche de nitrure de silicium.