Brevet FR2282163A1 — publié le 19760312

La présente invention est relative a un procédé utile a la fabri cation des dispositifs semi#conducteur-oxyde-iêtal ci-après dénommés MOS tels que les transistors MOS a effet de champ (MOS FET's) et elle se rapporte plus particulièrement a l'introduction de bore par implantation ou diffusion dans une couche de silice, afin de rendre la surface du subs trat de silicium sous la couche d'oxyde encore plus du type p. Llimplantation d'ions, et plus particulièrement d'ions de bore, a été utilisée naguère dans la fabrication de dispositifs semi-conducteurs comme technique de dopage du substrat pour y former les deux régions de source et de drain. Des exemples de oet art antérieur sont fournis dans le brevet des E.U.A. No. 3 789 504 et dans le brevet des E.U.A No. 3 756 861. La présente invention se distingue de l'art antérieur en ce que l'implantation ou la diffusion de bore est utilisée pour introduire le bore dans la couche de silice et non plus dans le substrat et qu'en outre elle se traduit par une charge négative non prévisible dans l'interface silicium silice, ce qui A pour conséquence que la surface du silicium devient plus fortement de type p. Lorsque la silice est utilisée comme couche de passivation du silicium dans la fabrication des dispositifs semi-conducteurs, des couches de charges positives sont formées dans la silice ou a l'interface entre la silice et le silicium, avec ce résultat, que la surface du silicium peut devenir du type n alors que le reste do silicium est de type p. Un objet de la présente invention est de fournir un pr#cedé pour rendre la surface du silicium davantage du type p. Un autre objet de la présente invention est encore de fournir un procédé pour régler le potentiel de l'interface silicium/silice plus négatif en introduisant des ions dans la silice. Un autre objet de via présente invention est, enfin, de fournir un procédé permettant de rendre davantage du type p l'interface silicium/ silice en rendant plus négatif le potentiel de surface du silicium grâce à l'implantation d'ions de bore. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de l'exposé qui suit, fait en référence aux dessins annexés a ce texte, qui représentent un mode de réalisation préféré de celle-ci. La figure 1 est une section d'un transistor effet de champ du type semi-conducteu#oxyde métal, ci après dénommé MOSFET, & canal n. ta figure 2 est une section d'un échantillon semi-conducteur comprenant un substrat de silicium, une couche de passivation de silice et une porte métallique sans implantation d'ions. La figure 3 est une section de l'échantillon de la figure 2 apyres implantation de bore. La figure 4 est une représentation graphique de la capacité par rapport à la tension pour les échantillons représentés sur les figures 2 et 3. L'un des problèmes, soulevé par l'utilisation de la silice (SiO2) comme matériau de passivation du silicium (Si) dans la fabrication des dispositifs semi-conducteurs, est la formation de couches de charges positives dans la silice ou dans l'interface Si/Si0 > en effet il en résulte que la surface silicium peut devenir du type n, malgré que la masse restante dudit silicum soit du type p. Ceci a pour conséquence de former des couches conductrices indésirables entre les dispositifs MOSFET actifs dans la technologie des MOSFET à canl n.La formation des charges positives peut être due à la présence d'impuretés telles que le sodium, mais il existe également une charge positive nette résultant du procédé d'oxydation utilisé pour former la couche de silice. De plus, les lignes de connexion utilisées pour les interconnexions des dispositifs passent audessus de certaines portions des oxydes de champ. (par opposition aux oxydes de porte.Il peut se faire que des tensions positives soient appliquées à ces lignes, ces tensions peuvent alors former des régions conductrices indésirées dans le silicium.Si l'on se reporte a la figure 1, une vue en coupe d'un dispositif semi-conducteur montre un substrat de silicium 10 surmonté d'une couche de SiO2 12, 14 et 16 et une région conductrice non désirée 18 résultant de la charge positive présente dans l'oxyde de champ 16 Divers procédés ont ete utilisés à ce jour pour éliminer ce problème et parmi eux: l'utilisation d'un oxyde plus épais pour constituer l'oxyde de champ vis-à-vis de l'oxyde de porte. L'utilisation d'une polarisation du substrat; et, l'utilisation d'écrans de champ électrostatique dans la région de champ. Ces approches ne sont pas satisfaisantes ou bien encore elles font intervenir des étapes de traitement coûteuses et complexes. Le procédé de la présente invention est utilisé pour régler le potentiel de surface du silicium par l'implantation d'ions de bore dans la couche de silice recouvrant le silicium afin de produire un décalage positif dans le potentiel de bande plate de la capacité formée par le dépit de la couche métallique sur la silice. Cette étape permet le déplacement du potentiel de surface du silicium dans le sens de la charge négative, ce qui rend ainsi la surface du silicium davantage du type p.L'invention peut être utilisée avec des oxydes minces tels que les régions de porte active de l'ordre de 500. a 1000A, de même qu'avec des oxydes épais tels que les oxydes de champ, de l'ordre de 5000. A 10 ooot. Dans le cas des oxydes minces, l'énergie d'implantation est de l'ordre de 8 a 30 KeV tandis qu'elle est de l'ordre de 80 a 540 KeV pour les oxydes épais. Le dosage d'implantation des oxydes minces est de 1013 - 1014 ions/cm2. Le dosage pour les oxydes épais est de 1012 - 1014 ions/cm2. Un exemple du présent procédé est fourni pour le cas des oxydes minces. Les étapes sont les suivantes: On fait crotte une couche d'oxyde 20 (figure 2) sur un support 22. La couche d'oxyde 20 a une épaisseur d'environ 700A et elle est formées de façon classique, ce sera par exemple de la silice obtenue par l'oxydation thermique du substrat de silicium 22, ce dernier peut être une micro- plaquette de silicium de type p, de resistivité 2 ohiscentimétre. D'autres techniques de dépôt classiques, telles que la pulvérisation ou le dépot chimique en phase vapeur peuvent également être utilisées.La structure subit alors l'implantation ionique A l'aide d'ions de bore, ainsi que le représente la figure 3, A l'aide d'une dose de 1013 ions/cm2 avec une énergie de 10 KeV, par exemple, afin de produire une pénétration d'implantation de bore dont le sommet se situe approximativement A mi-chemin dans la couche d'oxyde 20. La structure est alors recuite, par exemple a 775 C pendant 30 minutes dans l'azote. Un conducteur 24, typiquement d'aluminium ou de polysilicium dopé, par exemple, est vaporise sur la surface de la couche de silice 20 afin de produire la structure de la capacité semi-conducteur-oxyde-métal bien connue.Il est alors possible d'appliquer a la structure un recuit de post-métallisation > a 5004C, par exemple, pendant 5 minutes, dans l'azote. IL résulte du procédé que la tension de bande plate (figure 4) a été décalée de +2,o volts a +4,5 volts par rapport A une structure non implantée, du fait du calage négatif du potentiel de surface du substrat 22 (figure 3) qui provoque le glissement de la surface vers un type p plus accentué que celui de la masse restante de silicium de type p. En se reportant A la figure 4, il s'est également avéré que la tension de bande plate (Vfb) devient plus positive en grandeur. Ce décalage positif de la tension de bande plate correspond a un accroissement de la charge négative, ainsi que le représente la figure 3. Le procédé a été décrit en se référant aux capacités MOS car elles représentent de bons exemples pour démontrer l'effet résultant. Cependant, la présente invention est plus largement utile dans la fabrication des transistors à effet de champ @ type MOS (MOSFET's) et des circuits intégrés utilisant les MOSFET's. Une application du procédé de la présente invention réside dans la région do tarte active d'un transistor a effet de champ du type MOS. 'applíc tion *s MOSFET's aux circuits numériques et aux mémoires exige généralement des dispositifs dont T'état normzl est non conducteur lorsqu'aucune tension de porte n'est appliquée Dans le cas des dispositifs à canal n ceci pose un probleme, du fait de la tendance précédemment mentionnee, de la conductivité du silicium de type p à s'inverser en type n en surface, et cela même en présence d'une tension de porte zéro. Cet inconvénient est normalement surmonté en appliquant une tension de polarisation appropriée entre la masse du support semiconducteur et les régions source et drain. L'utilisation de la présente invention qui prévoit implantation du bore dans l'oxyde de porte peut empêcher toute inversion même a la tension zero, et, partant, se traduit par un dispositif qui exige une tension de porte de seuil avant que se produise la conduction entre la source et le drain. La grandeur de cette tension est déterminée par la concentration des atomes de bore utilisés et/ou l'énergie donc la profondeur de l'implantation dans la SiO2. Une autre application de la présente invention a lieu dans les circuits dotés de dispositifs a mode d'enrichissement et d'appauvrissement situés sur la même microplaquette dans lesquels les dispositifs à mode d'enrichissement sont passants lorsque les dispositifs à mode d'appauvrissement sont bloques, et vice-versa. Dans ces applications, les dispositifs à mode d'enrichissement peuvent seuls recevoir l'implantation. Il sera remarqué que. bien que l'implantation d'ions représente un moyen approprié pour introduire le bore dans l'oxyde, il est reconnu que d'autres procedés, comprenant les techniques de diffusion thermique et les techniques de dépôt par pulverisation, peuvent également être utilisées. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles, sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour régler le potentiel de surface d'un substrat semi conducteur revêtu par une couche d'oxyde caractérisé en ce qu'il comprend l'étape suivante: introduction d'ions bore dans ladite couche d'oxyde pour ajuster le potentiel de surface du substrat et le rendre plus négatif. 2.- Procédé selon la revendication 1 caracterise en ce qu'il comporte entre outre les étapes suivantes: recuit dudit substrat revêtu par la couche d'oxyde dans un environnement gazeux, et dépit sélectif d'un métal sur ladite couche d'oxyde pour former une sera structure semi-conducteur-oxyde-métal. 3.- Procédé selon la revendication 2 dans lequel ladite couche d'oxyde est une couche de SiO2 disposée sur un substrat de silicium selon la technique d'oxydation thermique. 4.- Procédé selon la revendication 3 dans lequel lesdits ions bore sont introduits dans ladite couche de SiO2 par une techniquechoisie dans le groupe comprenant l'implantation ionique, la la diffusion et la pulvérisa- tion. 5.- Procédé selon la revendication 4 dans lequel lesdits ions bore sont introduits selon la technique d'implantation ionique dans ladite couche de SiO2 et dans lequel la profondeur de pénétration est maximum à environ une moitie de la profondeur de ladite couche de SiO2. 6.- Procédé selon la revendication 5 dans lequel ladite couche de SiO2 a une épaisseur comprise entre 500 et 1000S, ledit substrat silicium étant formé d'un silicium de type p et de résistivité 2 ohms-cm, lesdits ions bore sont implantés dans ladite couche de SiO2 avec une dose qui est comprise entre 1013 et 1014 ions/an2 avec une énergie de l'ordre de 8 30 KeV et enfin dans lequel ladite implantation des ions bore renforce la conductivité de type p du silicium en surface. 7.- Procédé selon la revendication 5 dans lequel ladite couche de SiO2 a une épaisseur comprise entre 5000 à 10 000@, ledit substrat silicium étant formé par du matériau de type p, d'une résistivite voisine de 2 ohms-cm > lesdits ions bore sont implantés dans ladite couche de SiO2 avec une dose comprise entre 1012 et 1014 ions/cm2 avec une énergie de l'ordre de 80 à 450 KeV, et dans lequel ladite implantation desdits ions bore renforce la conductivité en surface du substrat silicium vers le type p. 8.- Procédé selon l'une quelconque des revendications la 6 dans lequel le métal déposé sur ladite couche de SiO2 est de l'aluminium formé par évaporation sur cette dernière couche. 9.- Procédé de fabrication de structure M.OS. caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: formation d'une couche d'oxyde de silicium d'environ 700A d'épaisseur sur un substrat silicium de type p selon le procédé d'oxydation thermique; introduction d'ions bore dans ladite couche d'oxyde de silicium par implantation avec une dose de l'ordre de 1013 ions/cm2 et avec une énergie choisie dans la gamme des 10 KeV pour produire une implantation de bore ayant son sommet à pratiquement mi-chemin de la profondeur de ladite couche d'oxyde; recuit dudit substrat et de la structure & une température de l'ordre de 7750C pendant 30 minutes dans une atmosphère d'azote; ladite implantation de bore modifie le potentiel de surface du substrat silicium pour le rendre plus négatif et rendre ainsi la surface dudit substrat davantage de type p; dépôt d'une pluralité de conducteurs en aluminium sur la surface de ladite couche de silicium pour produire une structure M.O.S., et recuit de ladite structure M.O.S. à 5000C pendant 5 minutes environ dans une atmosphère d'azote.