Brevet FR2130351A1 — publié le 19721103

La présente invention concerne une méthode de fabrication d'un transistor à effet de champ à grille isolée du type métal-isolant-semi-conduc-teur (MIS) comprenant des régions de source, de drain et de canal, et une grille formée sur la région de canal. 5 On a trouvé qu'en fabriquant des transistors à effet de champ MIS de circuit intégré en utilisant une technologie de grille au silicium, c'est-à-dire en substituant du silicium polycristallin pour recouvrir la couche d'isolement de la grille à l'aluminium précédemment utilisé, on réduit considérablement la tension de seuil (la tension qu'il est nécessaire 10 d'appliquer à la grille pour rendre le transistor conducteur) par rapport aux dispositifs précédents comportant une électrode d'aluminium pour recouvrir la couche d'isolement de la grille. Dans la technique conventionnelle de grille au silicium, la structure de champ ou les régions non actives sont fabriquées les premières ; 15 ensuite, on définit les régions de source, drain et grille. On a trouvé depuis qu'il est possible de fabriquer simultanément la grille et la majeure partie de la structure de champ, ce qui apporte de nombreux avantages. On obtient un isolant plus mince et la fabrication des bandes de métal est plus facile. Le silicium polycristallin reste dans la 20 région de champ et est employé en tant que plan de masse pour éviter l'inversion de champ. La totalité du silicium polycristallin est appliquée sur un plan unique, et non sur deux plans comme c'est le cas dans le procédé conventionnel. Les conditions précitées sont réalisées par la présente invention 25 qui, de plus, permet de donner une certaine épaisseur à la totalité des couches structurelles du dispositif semi-conducteur, et de suivre un processus relativement simple qui ne comporte pas plus de quatre masquages photographiques. En outre, la méthode de l'invention permet l'oxydation du silicium polycristallin en des régions choisies pour déterminer complètement la structure MDS de grille. 30 Le silicium polycristallin oxydé sélectivement sera éliminé pour permettre la diffusion de la source et du drain et pour faire apparaître une couche de bioxyde de silicium (SiO^) formée auparavant et servant de masque de diffusion dans les zones autres que les régions de source et de drain. En outre, cette méthode permet d'obtenir un canal de type P aussi bien que de 35 type N. L'objet de la présente invention est donc une méthode perfectionnée pour la fabrication d'un transistor à effet de champ MIS de circuit intégré qui comporte un plan de masse en silicium dans le champ, ce qui rend inutiles un isolant épais et une stabilisation. 40 Selon l'invention, une méthode de fabrication d'un transistor à 72 09313 2 2130351 effet de champ MIS comportant des régions de source, de drain et de canal, et une grille formée au-dessus de la région de canal, covq>rend les différentes phases suivantes : formation sur un substrat semi-conducteur d'une première couche isolante recouvrant les régions non actives du transistor ; formation 5 d'une seconde couche isolante sur la région active du transistor ; dépôt d'une couche semi-conductrice sur la région active et les régions non actives ; oxydation de la couche semi-conductrice sur la périphérie de la grille ; attaque de l'oxyde jusqu'à la surface du substrat pour exposer les futures régions de source et de drain du transistor. 10 Pour la fabrication de dispositifs à canal P, le masque de diffusion est éliminé, ce qui découvre la grille polycristalline et le plan de masse. On diffuse ensuite des impuretés dans le plan de masse, la grille, la source et le drain pour former les régions précitées ; des contacts métalliques sont finalement déposés sur les régions de source et de drain 15 et sur le semi-conducteur de grille. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées (1 à 14) qui représentent les différentes étapes de fabrication d'un transistor selon la méthode de l'invention. 20 La figure 1 représente le matériau de départ ou substrat 1, qui est une rondelle de silicium d'une conductivité de type N et d'une résistivité de quatre ohms-cm, pouvant avoir une épaisseur de 0,25 à 0,3 mm et un diamètre de 30 ma, et ayant une orientation cristalline 111. Une couche 2 de nitrure de silicium est déposée sur le substrat 1 ; 25 ce nitrure de silicium peut être formé à partir d'un mélange de silane et d'ammoniac, en employant une technique classique de décharge luminescente sans électrode à une température approximative de 400#C, jusqu'à obtention d'une couche 2 d'environ 3000 X d'épaisseur. L'étendue de la couche 2 de nitrure de silicium est réduite à ce qui constituera la région active du 30 transistor (figure 2) par utilisation des techniques conventionnelles de masquage photolithographique et d'attaque.la croissance d'une couche 3 de bioxyde de silicium est ensuite effectuée par oxydation à la vapeur d'eau jusqu'à une épaisseur de 10 000 & ; la surface du bioxyde de silicium surmonte d'environ 1500 X le niveau du nitrure de silicium et d'environ 4500 X 35 celui du silicium, comme l'indique la figure 3. La partie de la couche 3 d'une épaisseur de 4500 X est maintenant attaquée par de l'acide fluorhydrique dilué et le reste de la couche 2 de nitrure de silicium est éliminé à l'acide phosphorique ou par décharge électroluminescente dans du tétrafluorure de carbone, ce qui rend la surface du substrat absolument plane (figure 4). 40 One couche d'oxyde de grille 4 (figure 5) est obtenue par croissance 72 09313 3 2130351 thermique jusqu'à une épaisseur de 1200 & sur la région précédemment occupée par le nitrure de silicium sur la figure 2. Par un procédé pyrolytique, une couche 5 de silicium polycristallin (figure 6) d'une épaisseur variant entre 2000 et 5000 X est déposée à partir d'une atmosphère contenant 2% de silane 5 dans de l'azote et un gaz porteur tel que l'hydrogène, à une température d'environ 680#C. Une couche de nitrure de silicium 6 (figure 7) d'une épaisseur d'environ 3000 %, obtenue à partir de silane et de gaz ammoniac, est déposée au-dessus de la couche de silicium polycristallin 5. Le plan de masse et la 10 grille du dispositif sont délimités en éliminant, de la seule périphérie de la grille, le nitrure de silicium. La figure 8 représente la phase de conversion des zones exposées de silicium polycristallin 5 en bioxyde de silicium 7 par oxydation à la vapeur à 1200*C, puis le silicium polycristallin converti est attaqué pour 15 éliminer le silicium polycristallin d'origine et arriver au niveau du silicium du substrat 1 (figure 9). La phase suivante, représentée par la figure 10, consiste à éliminer totalement la couche de nitrure de silicium 6 et par conséquent à exposer le reste de la couche de silicium polycristallin 5. La pastille est 20 ensuite soumise à une diffusion de chlorate de bore à 1030°C, pour former la source 10, le drain II, la grille 12 et le plan de masse 13 (figure 11). Ce procédé produira un canal de type P. Lorsqu'on désire produire un canal de type N, la diffusion de bore pour la grille et le plan de masse en silicium polycristallin devra être faite avant la délimitation de la grille. Les 25 régions précitées seront ensuite protégées au cours de la diffusion subséquente de phosphore dans le substrat de type P (par POCL^ à 1080°C) pour constituer la source et le drain. On dépose maintenant une couche 14 de bioxyde de silicium (commercialisé sous le nom de Silox) sur le silicium polycristallin (figure 12) 30 par un procédé bien connu utilisant le silane et l'oxygène à environ 455°C, jusqu'à une épaisseur approximative de 7000 X ; ce dépôt servira de masque pour les fenêtres de contact et de diélectrique entre les zones de métal-lisation. Le dispositif est ensuite masqué pour définir les fenêtres par lesquelles seront pris des contacts avec la source, le drain et la grille, et 35 la couche 14 d'oxyde de silicium est attaquée par de l'acide fluorhydrique c5"!' jusqu'au niveau du silicium monocristallin de la source et du drain et du silicium polycristallin de la grille (figure 13). Les contacts métalliques, par exemple en aluminium, sont finalement déposés, jusqu'à une épaisseur de 10 000 X (figure 14). Pour obtenir une protection supplémentaire, on peut 40 réaliser une passivation par verre, selon les techniques bien connues. 72 09313 4 2130351 REVENDICATIONS 1. Méthode de fabrication d'un transistor à effet de champ à grille isolée du type métal-isolant-semi-conducteur comportant des régions de source, de drain et de canal, et une grille formée sur la région de canal, caractérisée par le fait qu'elle comprend les phases suivantes : formation sur un substrat 5 semi-conducteur d'une première couche isolante recouvrant les régions non actives du transistor ; formation d'une seconde couche'isolante sur la région active du transistor ; dépôt d'une couche semi-conductrice sur la région active et les régions non actives ; oxydation de la couche semi-conductrice sur la périphérie de la grille ; attaque de l'oxyde jusqu'à la surface du 10 substrat pour exposer les futures régions de source et de drain du transistor ; diffusion d'impuretés sur la zone exposée pour constituer lesdites régions de source et de drain et le reste de ladite couche semi-conductrice ; et formation de contacts ohmiques sur lesdites régions de source et de drain et sur la région semi-conductrice de grille. 15 2. Méthode de fabrication d'un transistor à effet de champ conforme à la revendication 1, dans laquelle ledit substrat est du silicium et la première couche isolante, d'une épaisseur approximative de 10 000 X, est en bioxyde de silicium. 3. Méthode conforme à la revendication 2, dans laquelle la seconde 20 couche isolante est en bioxyde de silicium thermique sec d'une épaisseur de 1200 X. 4. Méthode conforme à la revendication 3, dans laquelle la couche semi-conductrice est du silicium polycristallin. 5. Méthode conforme à la revendication 4, dans laquelle ledit substrat 25 est de conductivité de type N, et les régions de source et de drain, et la couche de silicium polycristallin sont dopées au bore pour constituer un transistor à canal de type P. 6. Méthode conforme à la revendication 5, dans laquelle ledit substrat est de conductivité de type P, les régions de source et de drain sont dopées 30 au phosphore pour fournir une conductivité de type N, et la couche de silicium polycristallin est de conductivité de type P. 7. Méthode conforme à la revendication 6, dans laquelle, antérieurement à la formation des première et seconde couches isolantes, une couche de nitrure de silicium est formée sur la totalité de la surface du substrat, et ledit 35 nitrure de silicium est ensuite éliminé, sauf sur la partie couvrant la région active dudit transistor. 8. Méthode conforme à la revendication 7, dans laquelle, avant formation de la seconde couche isolante, le nitrure de silicium couvrant la 72 09313 5 2130351 région active est éliminé. 9. Méthode conforme à la revendication 8, dans laquelle on dépose sur toute la surface une troisième couche de bioxyde de silicium avant • formation desdits contacts ohmiques. 10. Méthode conforme à la revendication 1, dans laquelle la couche semi-conductrice située au-dessus de la région inactive constitue un plan de masse, ledit plan de masse et ladite région semi-conductrice active de grille étant coplanaires.