Brevet FR2112263A1 — publié le 19720616

_1" 2112263 La présente invention se rapporte à la fabrication de dispositifs semiconducteurs et, en particulier, de transistors à effet de champ, à grille isolée,, Il existe un type de transistor à effet de champ, à grille 5 isolée qui comprend un corps de matière semiconductrice comportant à l'une de Ses faces, des régions de source et de drain ayant un certain mode de conduction séparées par une région de canal ayant le mod« de conduction opposé. La surface s1étendant au-dessus de la région de canal est couverte par une couche de matière isolante 10 qui, à son tour, est couverte par une électrode appelée "grille". De préférence, pour obtenir des performances optimales, la grille doit être exactement alignée avec la région de canal et ne doit ni s'étendre au—dessus, ni être espacée des régions de source et de drain„ 15 Un procédé connu pour fabriquer de tels dispositifs consiste à produire une couche de matière diélectrique à la surface d'un corps de matière semiconductrice dopé et à former une grille sur cette couche diélectrique. Ensuite, en utilisant la grille comme masque, on délimite la couche diélectrique afin de produire 20 l'élément isolant de la grille et on diffuse les impuretés dans le corps semiconducteur, de chaque côté de la structure composite formée de la grille et de son isolant, afin de produire les régions de source et de drain,, La partie du corps semiconducteur couverte par la grille est protégée des impuretés et constitue 25 une région de canal qui est alignée avec la grille. Une difficulté qu'on rencontre dans le procédé ci-dessus est due à ce que lorsqu'on utilise la grille comme masque pendant le dopage des régions de source et de drain, assurant ainsi l'alignement précis entre la grille et la région de canal, il se produit 30 une certaine diffusion latérale des impuretés. Cette diffusion latérale a pour conséquence de prolonger les régions de source et de drain sous la grille et de conduire à un recouvrement excessif entre cette dernière et ces régions0 La présente invention se propose de remédier à cet inconvé-35 nient par un nouveau procédé de fabrication des transistors à effet de champ, à grille isolée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressentiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, en référence au dessin annexé, dans 40 lequel : 71 24443 ~2~ 2112263 la fig.l est une vue en coupe d'une plaquette de matière semiconductrice à une étape précoce du procédé de fabrication selon l'invention} la fig.2 est une vue en coupe, à grande échelle, d'une par-5 tie de la fig„l, mais illustrant une étape ultérieure du procédé; les figs.3, 4 et 5 sont des vues analogues à la fig.2 montrant les étapes successives du procédé; la fig.6 est une vue en plan de la fig.5; et la fig.7 est une vue analogue aux figs.3, 4 et 5, mais mon-10 trant une étape encore plus tardive du procédé„ En se référant à la fig.l, on voit un corps 10 de matière semiconductrice dopée, par exemple de silicium, de germanium, etc.. Le corps 10 est dans le présent mode de réalisation une plaquette de silicium coupée d'un lingot, de façon classique, et 15 qui a été dopée avec une impureté p, par exemple avec du bore, "16 3 à une concentration de 10 atomes/cm 0 L'une des faces de la plaquette lO est couverte d'une couche relativement épaisse 11, par exemple de 10.000 A, de bioxyde de silicium présentant un certain nombre d'ouvertures 12 découvrant certaines parties 13 de 20 la surface de la plaquette 10. Les dispositifs fabriqués sur la plaquette 10 conformément au présent mode de réalisation de l'invention, sont disposés dans les ouvertures 12, un dispositif par ouverture. Le but de la couche 11 est d'assurer l'isolement électrique des divers dispositifs entre eux. 25 Bien que deux ouvertures 12 seulement aient été représentées, la plaquette 10 en comporte généralement un nombre beaucoup plus grand» Des techniques connues peuvent être utilisées pour préparer la plaquette représentée sur la fig.l. 30 La fig.2 montre le fond de l'une des ouvertures 13 de la fig.l après l'exécution de certaines opérations sur la plaquette. C*est ainsi que les parties 13 précédemment découvertes du corps lO sont revêtues d'une première couche mince 14 de matière diélec- O trique, par exemple d'une couche de 800 A de bioxyde de silicium, 35 couverte par une seconde couche mince 16 de matière diélectrique qui peut servir de masque de protection à la première couche 14 et qui est constituée, par exemple, par une couche de 250 A d'épaisseur de nitrure de silicium, Bien qu'il soit préférable d'utiliser la couche de protection BAD ORIGINAL 71 24443 ~3" 2112263 16, cette couche peut, comme décrit plus loin, être supprimée dans certains cas® Les deux couches 14 et 16 qont couvertes par une troisième couche relativement epaisse 1b, par exemple de 1 ji , de matière 5 conductrice, par exemple de silicium ou de germanium, fortement dopée sur laquelle on peut produire, par croissance thermique, un oxyde de la matière de base. Dans ce mode de réalisation, la couche 18 est constituée par une couche de silicium polycristallin de type p ayant une résistivité de 0,001 ohm/cm. Des couches 18 10 ayant d'autres modes de conduction ou d'autres résistivités peuvent être utilisées selon la nature du dispositif à fabriquer. Les techniques pour produire la plaquette représentée sur la fig.2 sont connues. La couche de bioxyde de silicium 14 forme, conjointement avec la couche de nitrure de silicium 16, comme 15 décrit ci-apres, l'isolateur de la grille du transistor à produire*, En conséquence, la couche 14 est, de préférence, produite par des techniques de croissance thermique connues, ces techniques, comme l'on sait, produisant une couche isolante de bonne qualité. La couche de nitrure de silicium 16 peut, par exemple, être produite 20 par des techniques de dépôt connues. Ensuite, en utilisant des techniques photolithographiques connues, on délimite la troisième couche 18 (fig.3 et 6) de façon à produire une électrode de grille rectangulaire 18*, puis on chauffe la plaquette à une température d'environ 900°C dans 25 une atmosphère de vapeur d'eau pour produire une couche relati- O vement épaisse 20, par exemple de 8.500 A, de bioxyde de silicium enveloppant les côtés exposés ou découverts de la grille 18'. Pendant ce processus de croissance thermique, la couche 16 de nitrure de silicium protège le corps 10 de l'oxydation et, en 30 outre, sert de masque de diffusion pour empêcher les impuretés présentes dans la grille 18' de diffuser à travers la couche de bioxyde de silicium 14 et à l'intérieur du corps 10. Le fait d'entourer les côtés découverts de la grille avant la formation des régions de source et de drain diffère de la 35 technique antérieure dans laquelle une couche d'oxyde pour protéger la grille est produite après que les régions de source et de drain ont été formées. Comme il est expliqué ci-après, cette modification de la technique antérieure présente de grands avantages. 71 24443 -4- 2112263 Ensuite, en utilisant l'électrode de grille couverte de bioxyde de silicium 18' comme masque de décapage, on enlève d'abord les parties précédemment découvertes de la couche de nitrure de silicium 16 en utilisant de l'acide phosphorique chaud, 5 puis les parties sousjacentes de la couche de bioxyde de. silicium 14, ainsi dénudées, en utilisant une solution d'acide fluorhydri-que diluée. Bien que le décapant utilisé pour enlever la couche de bioxyde de silicium 14 attaque aussi la couche de bioxyde de silicium 20 couvrant la grille 18', on arrête l'opération dès 10 que la couche 14, qui est beaucoup plus mince, a été dissoute, de sorte qu'il reste une couche 20 d'une épaisseur appréciable, par O exemple de 7500 A. Ainsi, aucun masquage de la couche 20 n'est nécessaire pendant ces étapes de décapage. Quand ces opérations sont achevées, on obtient, comme le montre la fig.4, une struc-15 ture de grille composite 22 comprenant la couche 14 de bioxyde de silicium, la couche 16 de nitrure de silicium, la grille 18* et la couche 20 de bioxyde de silicium couvrant cette grille,, La grille 18' comporte deux bords opposés 44 disposés intérieurement par rapport aux bords opposés 42 de la structure de grille 20 composite 22. On forme ensuite les régions de source et de drain du transistor. Ceci est accompli, par exemple, en déposant sur la plaquette une couche 24 (fig.5) de bioxyde de silicium ayant une - 20 3 concentration élevée, par exemple de l'ordre de 10 atomes/cm , 25 d'une impureté n, par exemple, de phosphore et, en utilisant des techniques photolithographiques connues pour délimiter la couche 24 de façon à couvrir une partie (fig.6) de la s truc tiare de grille 22 et à s'étendre au-delà de deux côtés opposés de celle-ci. Ensuite, on chauffe la plaquette dans une atmosphère inerte, par 30 exemple dans l'argon, à 1100°C, afin de transférer les impuretés de la couche 24 dans le corps de silicium,, A l'endroit où ces impuretés diffusent dans le corps 10, c'est à dire dans les régions 30 et 32 situées de part et d'autre de la structure de grille 22 (fig.5), le mode de conduction du corps 10, qui était 35 initialement du type p, est changé en type n« Les deux régions 30 et 32 constituent les régions de source et de drain du transistor, la région 34 comprise entre les régions 30 et 32 étant la région de canal, les frontières 40 entre la région 34 et chacune des régions 30 et 32 constituant une jonction p-n0 71 24443 -5- 2112263 En variante, les régions de source et de drain 30 et 32 peuvent être produites en plaçant la plaquette dans un four de diffusion dans lequel les impuretés appropriées sont introduites soit par des sources liquides, solides ou gazeuses. 5 L'un des avantages de 1♦utilisation de le couche de protec tion 20 est qu'aucun dopage de la grille 18® n'a lieu durant la formation des régions de source et de drain. Ainsi, les caractéristiques de conduction de la grills 18* ne sont pas affectées par la formation des autres parties du dispositif et peuvent être 10 sélectionnées à volonté. Ceci offre uns grande souplesse dans l'étude et la réalisation des dispositifs fabriqués selon la présente invention. Du fait que les impuretés diffusent aussi bien latéralement que vers le bas, les jonctions 40 des régions 30 et 32 avec la 15 région 34 sont disposées intérieurement par rapport aux bords 42 de la structure de grille 22c Comme il a été mentionné ci-aessus, une difficulté à laquelle on se heurte dans la technique antérieure est que la diffusion latérale des impuretés produisant les régions de source 20 et de drain donne lieu à un recouvrement excessif entre ces deux régions et la grille. Or, comme l'on sait, ceci est indésirable car il en résulte une augmentation de la capacité entre électrodes du dispositif, ce qui affecte ses performances en haute fré-quènee. 25 Par contre, dans le présent mode de réalisation, les bords 44 de la grille 18' sont disposés plus à l'intérieur que les bords 42 de la structure de grille 22, comme il a été mentionné ci-dessus, la position des bords 42 par rapport aux bords 44 étant déterminée par l'épaisseur ae la couche d'oxyde 20 proté-30 géant la grille. Ainsi, connaissant la profondeur de la diffusion latérale qui va se produire, celle-ci étant sensiblement égale à la profondeur des régions de source et de drain 30 et 32, par exemple de 1 micron (étant fonction des caractéristiques voulues du dispositif), on choisit pour la couche 20 une épaisseur ayant 35 pour résultat que les jonctions 40 sont situées immédiatement à l'intérieur des bords 44 de la grille 18*. Bien qu'il aurait été préférable d'aligner exactement les jonctions 40 avec les bords 44 de la grille, ceci n'est pratiquement pas possible sur une échelle industrielle en raison des variations inévitables en 71 24443 _6_ 2112263 cours de traitement, de sorte que le procédé prévoit un certain recouvrement, par exemple de 2500 A, de la grille 18* sur les régions de source et de draino En ce qui concerne les performances au dispositif, un tel recouvrement est préférable à une dis— 5 position dans laquelle les régions de source et de drain 30 et 32 seraient situées à l'extérieur de la projection de la grille 18' . Pour compléter le dispositif, on enlève la couche de dopage 24, par exemple avec une solution d'acide fluorhydrique diluée, 10 on perce une ouverture 46 (fig.7) a travers la couche d'oxyde de protection 20 pour dénuder une partie de la surface de l'électrode 18', on dépose une couche de métal, par exemple une couche O d'aluminium de 10.000 A, sur la plaquette, puis, en utilisant des techniques photolithographiques connues, on délimite cette couche 15 de métal pour produire des contacts 52 et 54 respectivement pour des régions de source 30 et de drain 32, et un contact 58 pour la grille 18'0 Un autre avantage du procédé ci-dessus est que du fait que la grille 18' est déjà complètement entourée par la couche iso-20 lante 20 avant l'application de la couche de métal, il y a relativement peu de danger que les régions de source 30 ou de drain 32 soient court-circuitées avec la grille 18' par les contacts métalliques produits à la surface de la plaquetteo C'est ainsi par exemple, comme représenté, que les contacts métalliques 52 25 et 54 peuvent même partiellement recouvrir la grille 22 sans qu'il en résulte d'effet nuisible, la couche d'oxyde 20 relativement épaisse évitant un couplage capacitif excessif entre les contacts métalliques 52 et 54 et la grille 18*. En protégeant ainsi la grille 18', les divers contacts métalliques peuvent être 30 définis avec des tolérances de précision relativement larges, simplifiant ainsi le procédé et réduisant son coût. De plus, à la différence de la technique antérieure, aucune couche isolante de protection n'est prévue au-dessus des régions de source et de drain 30 et 32. Dans la technique antérieure, 35 où la grille n'est pas entourée par une couche de protection au commencement du procédé, comme c'est le cas dans l'invention, les régions de source et de drain sont pourvues d'une couche de protection en même temps que l'électrode de grille. Cette couche de protection reste en place et des ouvertures de contact sont BAD ORIGINAL ' 71 24443 2112263 pratiquées dans celle-ci pour découvrir certaines parties de la surface des régions de source et de drainD Or, le processus de formation de ces ouvertures exige une précision considérable (qui augmente le coût du procédé), car si ces ouvertures ne sont 5 pas correctement espacées de la grille, elles peuvent découvrir à la fois cette dernière et l'une des régions adjacentes. Dans ces conditions, les contacts métalliques s'étendant dans les ouvertures provoqueraient des courts-circuits dans le dispositif. De plus, par suite de la nécessité que les ouvertures des contacts 10 de source et de drain soient espacées de la grille, on est obligé de faire les dispositifs plus grands que nécessaire, comparativement au procédé de l'invention dans lequel les contacts de source et de drain peuvent même, comme décrit, s'étendre au-dessus de la grille. Ainsi, la présente invention permet une plus grande 15 densité de tassement des dispositifs0 Comme il a été expliqué, l'une des fonctions de la couche de nitrure de silicium 16 (fig.3) produite sur le corps 10 est d'empêcher l'oxydation de ce dernier pendant la croissance thermique de la couche de bioxyde de silicium 20 sur la grille 18'. Comme 20 il a été noté ci-dessus, la couche de nitrure 16 peut, dans certains cas, être supprimée. Dans un tel mode de réalisation de l'invention, non-représenté, la croissance thermique de la couche 20 sur la grille 18 provoque l'augmentation correspondante de l'épaisseur de la couche de bioxyde de silicium 14 couvrant le 25 corps 10, le résultat étant que la couche 14 est plus épaisse que la couche 20. Ensuite, pour éliminer certaines parties de la couche 14, afin de permettre de doper la partie sousjacente du corps 10, sans enlever en même temps la couche 20, on couvre cette couche 20 avec une couche de masquage de protection.Toutefois, 30 il est préférable d'utiliser la couche de nitrure de silicium 16, ne serait-ce que parce qu'elle évite la nécessité de recourir à cette opération de masquage,, L'invention a été décrite ci-dessus dans le cas de l'utilisation d'une plaquette de matière semiconductrice, mais il est à 35 noter qu'elle s'applique également à la fabrication de dispositifs semiconducteurs formés sur des substrats isolants. C'est ainsi qu'au lieu que les régions de source et de drain soient formées dans une plaquette de matière semiconductrice, comme dans l'exemple décrit ci-dessus, la couche de matière semiconductrice 71 24443 -8- 2112263 pourrait être.constituée par une mince pellicule sur un substrat isolant, par exemple par une pellicule de silicium dopé sur un substrat de saphir, et les régions de source et de drain pourraient être formées dans la mince pellicule. Les procédés utilisés pour fabriquer des dispositifs sur des substrats isolants sont sensiblement identiques aux procédés décrits ci-dessus servant à fabriquer des dispositifs sur des plaquettes de matière semi-conductrice. 71 24443 -9- 2112263 REVENDICATIONS 1} Procédé pour fabriquer un dispositif semiconducteur, caractérisé en ce qu'il consiste à produire sur l'une des surfaces d'un corps de matière semiconductrice dopés uns structure de 5 grille comprenant une première couche de matière diélectrique couverte par une seconde couche de matière conductrice, à couvrir les côtés de cette seconde couche avec un revêtement de protection et, ensuite, en utilisant cette structure de grille comme masque, à faire pénétrer des impuretés dans ledit corps à travers 10 certaines parties de ladite surface. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on diffuse lesdites impuretés latéralement sous ladite structure de grille sur une distance sensiblement égale à l'épaisseur dudit revêtement de protection. 15 3) Procédé selon la revendication ±, caractérisé en ce qu'on forme des contacts conducteurs couvrants et qui sont en contact direct avec, sensiblement, toute l'étendue desdites parties de ladite surface. 4) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 20 les deux premières étapes consistent à produire une couche de masquage entre ces premières deux couches de la structure de grille et à couvrir lesdites parties de surface dudit corps, la dite couche de masquage empêchant effectivement la formation d'une couche de protection sur lesdites parties de surface durant 25 la formation de ladite couche de protection sur ladite seconde couche, et on utilise ladite structure de grille comme masque, pour enlever la couche de masquage s'étendant au-dessus aesdites parties de surface. 5) Procédé pour fabriquer un transistor à effet de champ 30 selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il consiste à produire une première couche de matière diélectrique couvrant l'une des surfaces d'un corps de matière semiconductrice dopée, à produire une seconde couche de matière de masquage couvrant cette seconde couche, à produire une troisième couche de matière con-35 ductrice couvrant ladite seconde couche, à délimiter cette troisième couche pour former une électrode de grille ayant des côtés exposés ou dénudés, à produire un revêtement de protection sur les côtés exposés de ladite électrode de grille, ladite seconde couche empêchant la formation dudit revêtement de protection sur 71 24443 2112263 les parties dudit corps qu'elle couvre, à utiliser ladite électrode de grille couverte comme masque pour enlever certaines parties de ladite seconde et de ladite première couches afin de découvrir les parties de la surface dudit corps immédiatement 5 adjacentes auxdits côtés couverts de ladite électrode de grille, et à faire pénétrer des impuretés dans ledit corps à travers lesdites parties de surface découvertes,, 6) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on fait diffuser lesdites impuretés latéralement sous ladite struc— i ture de grille sur une distance sensiblement égale à l'épaisseur dudit revêtement de protection,, 7) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on produit des contacts conducteurs couvrants et, en contact direct, avec sensiblement toute d'étendue desdites parties de surface» qAD ORJGINAL