Brevet FR2314581A1 — publié le 19770107

La présente invention a trait ;d des procédés de constitution de connexions électriques sur des régions sélectionnées d'une surface d'un dispositif semiconducteur à circuit intégré. Ces procédés trouvent une application dans la réalisation de connexions électriques avec les régions source et drain et l'électrode grille de transistors à effet de champ à grille isolée incorporés à ces dispositifs à circuit intégré. Dans un de ces procédés connus, une couche isolante d'oxyde est constituée sur la surface, des ouvertures sont pratiquées par attaque dans la couche isolante pour exposer les régions sélectionnées et des conducteurs Qlectriques sont constitués sur la surface extérieure de la couche isolante et pénètrent dans les ouvertures. La couche d'oxyde doit être suffisamment épaisse pour minimiser les effets indésirables supportés par le substrat semiconducteur du dispositif et provoqués par les courants passant par les conducteurs électriques. Des difficultés ont été rencontrées avec des procédés connus lors de I'attaque de cette couche d'oxyde, en ce sens que les tranches supérieures des ouvertures se sont trouvées agrandies enraison de l'attaque latérale se produisant en plus de l'attaque désirée appliquée vers les régions sélectionnées.Ceci présente un inconvénient en ce sens qu'une place excessive est occupée par les connexions électriques établies avec les régions sélectionnées. Un objet de la présente invention est de fournir un procédé de constitution de connexions électriques avec les régions sélectionnées d'une surface d'un dispositif semiconducteur à circuit intégré dans lequel l'inconvénient susmentionné est éliminé. La présente invention est donc caractérisée par les opérations suivantes constitution d'une première couche isolante recouvrant ladite surface ; constitution d'ouvertures dans ladite première couche isolante pour exposer lesdites régions sélectionnées ; constitution d'une seconde couche isolante recouvrant ladite pre mière couche isolante et remplissage desdites ouvertures, ladite seconde couche isolante ayant un taux d'attaque plus rapide que ladite première couche isolante application d'un agent d'attaque à une zone de ladite seconde couche isolante recou vrant les ouvertures remplies de ladite première couche isolante, permettant de réexposer lesdites régions sélectionnées ; et constitution sur ladite seconde couche de conducteurs pénétrant dans lesdites ouvertures pour établir le contact avec lesdites régions sélectionnées. On constate, dans un procédé conforme au paragraphe immédiatement précédent que les ouvertures de contact constituées sont plus petites que lorsqu'on utilise une couche isolante ayant un taux d'attaque lent. Une réalisation de la présente invention sera illustrée à titre d'exemple avec référence aux dessins joints dans lesquels Les figures 1 à 14 représentent des vues en coupe d'une partie d'un dispositif semiconducteur à circuit intégré, illustrant les diverses opérations de fabrication du dispositif. La figure 1 représente un substrat de silicium 10 du type P ou N, dont les cristaux ont une orientation particulière, comportant une couche d'oxyde de o silicium superposée 12 d'une épaisseur approximative de 650 A réalisée par exem ple en faisant circuler de I 'oxygène sec sur le substrat 10 dans un four maintenu à une température approximative de 10000C pendant environ 90 minutes. Le substrot 10 peut porter de nombreux transistors et autres dispositifs qui lui sont incorporés pour constituer un circuit intégré.Une couche de nitrure de silicium (Si3N4) 14 est déposée sur la couche 12M Cette couche de nitrure de silicium 14 a une épaisseur approximative de 1200 A et peut être réalisée dans un réacteur en soumettant la couche 12 à un mélange de silane et d'ammoniaque (SiH +NH ) 4 3 débité à environ 2600 cc par minute dans un four oyant une température approximative de 9200C pendant une période d'environ cinq minutes.On fait croître ensuite une couche d'oxyde de masquage 16 sur la ouche de nitrure 14 dans un réacteur utilisant un procédé de dépit de vapeurs chimiques utilisant typiquement un mélange de silane et d'oxygène (SiH4 + 02) débité à environ 2000 cc par minute pendant environ trois minutes à une température approximative de 6250C pour réa liser une épaisseur d'environ 1000 A . A A ce stade, comme l'indique lafigure2, un masque photorésistant 18 est appliqué à des régions sélectionnées de la couche d'oxyde de masquage 16 de la figure 1 afin de masquer la zone sous laquelle les zones drain, source et canal seront constituées dans le substrat 10. Les zones non masquées représentent les régions du substrat 10 sur lesquelles sera appliqué l'oxyde de zone. Pour faire croire l'oxyde de zone il est alors nécessaire de retirer séquentiellement les zones qui ne sont pas masquées par le masque photorésistant 18 Dans un premier temps, comme l'indique la figure 3, les parties non masquées de la couche d'oxyde de masquage 16 sont enlevées en premier. Ensuite, comme l'indique la figure 4, le masque photorésistant 18 de la figure 3 est retiré et la precedemment partie/masquée de la couche d'oxyde de masquage 16 est utilisée comme masque pour faciliter l'enlèvement des parties non masquées de la couche de nitrure de silicium 14. La figure 5 représente la coupe d'une structure après la croissance de l'oxyde de zone. A titre d'exemple, la croissance de l'oxyde de zone peut notamment être réalisée ainsi que l'indique l'article de F. Morandi intitulé "Planox Process Smooths Path to GateZOS Density", paru dans le numéro du 20 Décembre 1971 d'Electronics pages 44 à 48. Ensuite, la couche 12, qui avait été masquée précédemment par les couches 14 et 16 est retirée par attaque, de même que les couches 14 et 16 avec une partie des zones exposées de l'oxyde de grille 20 afin de révéler la région 22 comme l'indique la figure 6. La région 22 représente la zone où la grille, la source et le drain du dispositif semiconducteur seront constitués. Les opérations qui viennent d'etre décrites illustrent un procédé de constitution de l'oxyde de zone 20.Toutefois, divers autres procédés peuvent être utilisés. Les opérations suivantes s'appliquent à la réalisation d'un transistor à effet de champ comportant un drain, une source et uhe électrode grille. Comme l'indique la figure 7, I 'opération suivante du procédé consiste à constituer une couche d'oxyde de grille 23 qui a été déposée à la fois sur la couche d'oxyde de zone 20 et la région 22 de la figure 6. La couche d'oxyde de grille 23 peut-8tre réalisée par exemple à la température approximative de 10000C en utilisant de l'oxygène sec (02) débité à la cadence d'environ 2600 cc par minute pendant environ 150 minutes.Ensuite, comme l'indique la figure 8, une couche 24 de silicium o polycristallin (polysilicium) ayant une épaisseur approximative de 4000 A est déposée sur la couche 20 par un procédé de dépat de vapeurs chimiques dans un réacteur maintenu à la température approximative de 7000 C en faisant circuler du silane (six4) à la cadence approximative de 2000 cc par minute pendant environ trois minutes. La figure 9 illustre une couche de polysiiicium 24 reco uvrant la couche d'oxyde de grille 23 et recouverte elle-meme par la couche d'oxyde de masquage 26. La couche d'oxyde de masquage 26 peut par exemple être réalisée dans un réacteur utilisant de l'oxygène sec (02) débité à la cadence d'environ 3000 cc par minute et à une température d'environ 10000C. Ensuite, le masque photorésistant 28 est déposé sur des régions sélectionnées de la couche d'oxyde de masquage 26 pour définir la zone à protéger des opérations d'attaque ultérieures, zone qui représentera la structure de grille. Ensuite, la partie non masquée de la couche d'oxyde de masquage 26, ainsi que les parties non masquées de la couche 24 sont attaquées ou retirées d'une autre façon avec toute couche d'oxyde mince 23 apparaissant sous le parties non masquées du masque photorésistant 28 pour définir ainsi les régions où seront implantés le drain 30 et lasource 32, figure 10. Lorsque les parties excédentaires des couches 23, 24 et 26 ont été retirées, le dispositif est alors soumis à une opé ration de dopage pour constituer le drain 30 et la source 32. Si par exemple, le concepteur désire réaliser un dispositif à canal N, il commencera avec une matière typez comme substrat 10.Ensuite, la structure de la figure 10 pourra être soumise à une atmosphère d'oxychlorure phosphoreux débité à environ 25000 cc par minute avec un gaz porteur représenté par de l'azote sec débité à environ 20 cc par minute. Cette opératIon sera réalisée dans un four maintenu à environ 9000C pendant environ 20 minutes afin de diffuser ou de doper la partie exposée du substrot 10 pour constituer le drain 30 et la source 32 représentés figure 10. De même, un dopant approprié et un substrat pourront être utilisés pour constituer un dispositif à canal P. A l'achèvement des opérations aboutissant à la formation de la structure représentée figure 10, une couche d'oxyde de silicium. non dopé 34 est déposée sur l'oxyde de zone 20, le drain 30, la source 32 et la couche de polysilicium 24 cette dernière couche, avec la couche d'oxyde 23 constituant la structure de grille. Comme l'indique la figure 11, la couche 34 est dotée d'un masque photorésistant 36 comportant des trous 38, 40 et 42 disposés de façon appropriée et alignés sur la source 32, la grille 24 et le drain 30. Après l'attaque, les ouvertures 38.1, 40.1 et 42.1 apparaissant respectivement sous les trous du masque 38, 40 et 42 sont constituées. Ensuite, le masque 36 est retiré. Au cours de l'opération suivante, comme l'indique la figure 12, une couche d'oxyde dopé 44 est constituée sur la couche 34, l'oxyde dopé de la couche 44 remplissant les ouvertures attaquées précédemment 38.1, 40.1 et 42.1. La couche 44 peut ainsi entre réalisée dans un réacteur utilisant un prodécé de dépôt de vapeurs chimiques, typiquement un réacteur utilisant un mélange de silane et d'oxygène (SiH4 + 02) débité à la cadence d'environ 2000 cc par minute pendant environ 15 minutes à la tempétature d'environ 4500C avec un dopant constitué de 3,8% de phosphine (PH3) débitée à la cadence d'environ 75 cc par minute. La couche d'oxyde dopé 44 reçoit ensuite un masque photorésistant 46 comportant des trous 48, 50 et 52 alignés respectivement sur les ouvertures 38.1, 40.1 et 42.1.Après la constitution de la structure de la figure 12, le dispositif est prêt pour l'opération d'attaque suivante. Cette opération exige que le dispositif soit soumis à un agent d'attaque qui attaquera la couche dopée 44 à travers les trous 48, 50 et 52. Comme dans les opérations d'attaque précédentes, la partie de la couche 44 se trouvant immédiatement sous les trous et remplissant les zones 38.1, 40.1 et 42.1 sera attaquée par l'agent d'attaque. Etant donné que la vitesse d'attaque de la couche d'oxyde 44 dopé au phosphore est au moins deux fois plus rapide que pour la couche d'oxyde adjacente non dopé 34, l'agent d'attaque agira en ligne droite à par tir des trous du masque 48, 50 et 52 jusqu'au substrat 10 avec une très faible attaque latérale de la couche 44.Il y a lieu de noter que pendant l'attaque de la struc ture représentée figure 12, l'agent d'attaque n'a à attaquer que l'oxyde dopé de la couche 44 et n'a pas à attaquer la couche 34 (sur laquelle il n'aura donc que peu d'effet) étant donné que cette opération a été exécutée précédemment comme indiqué figure Il. Comme l'indique la figure 13, on voit que lorsque l'attaque de la couche dopée 44 a été réalisée et lorsque le masque photorésistant 46 a été retiré, la source 32 a une ouverture de contact constituée par les zones 38.1 et 48.1 alors que la structure de grille 24 - 23 a une ouverture de contact constituée par les ouvertures 40.1 et 50.1 et le drain 30 a une ouverture de contact constituée par les ouvertures 42.1 et 52.1. Pour parachever le dispositif, comme l#' indique la figure 14, une couche d'aluminium 54 est déposée sur la totafité du dispositif-jusqu'à concurrence d'une o épaisseur approximative de 15000 A, recouverte d'une matière photorésistante (non représentée) et attaquée pour constituer des séparations 62 et 64 et former ainsi un fil source 56 en contact ohmique direct avec la source 32. De meme, un fil de grille 58 est en contact ohmique direct avec la grille de polysilicium 24 et un fil de drain 60 est en contact ohmique direct avec le drain 30, REVENDICATIONS 1 Procédé de réalisation de connexions électriques avec des régions sé lectionnées d'une surface d'un dispositifsemiconducteur à circuit intégré, caractérisé par les opérations suivantes : constitution d'une première couche isolante (34) recouvrant ladite surface ; constitution d'ouvertures (38.1, 42.1) dans ladite première couche isolante (34) pour révéler lesdites régions sélectionnées ; cons tir'tison d'une seconde couche isolante (44) recouvrant ladite première couche isolante et remplissant lesdites ouvertures (38.1, 42.1), ladite seconde couche isolante ayant un taux d'attaque plus rapide que ladite première couche isolante ; application d'un agent d'attaque à une zone de ladite seconde couche isolante recouvrant les ouvertures remplies de ladite première couche isolante, permettant de réexposer lesdites régions sélectionnées ; et constitution, sur ladite seconde couche, de conducteurs électriques pénétrant dans lesdites ouvertures pour réaliser un contact avec lesdites régions sélectionnées. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite opération de réalisation des ouvertures est réalisée en constituant une couche de matière résistant à l'attaque (36) sur ladite première couche isolante (34), sauf aux endroits où lesdites ouvertures doivent être constituées, en attaquant la matière de ladite première couche isolante (34) pour constituer ainsi lesdites ouvertures (38.1, 42.1) , et en retirant ladite couche de matière résistant à l'attaque (36). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par les opérations consistant à constituer une nouvelle couche de matière résistant à l'attaque (46) sur ladite seconde couche isolante (44) comportant des trous alignés généralement sur lesdites ouvertures (38.1, 42.1) pour révéler des régions de la surface extérieure de ladite seconde couche isolante (44), à appliquer ledit agent d'attaque pour enlever la matière de ladite seconde couche isolante (44) sur lesdites ouver tures (38.1, 42.1) et à retirer ladite autre couche de matière résistant à l I atta- que (46). 4. Procédé selon l 'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite première couche isolante (34) est constituée d'un oxyde de silicium non dopé et en ce que ladite seconde couche isolante (44) est constituée d'un oxyde de silicium dopé. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit dispositif semiconducteur à circuit intégré comprend un transistor à effet de champ et à grille isolée comportant une région source, une région drain et une électrode de grille, et dans lequel lesdites régions sélectionnées assu rent un contact électrique avec lesdites région source, région drain et électrode de grille. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite électrode de grille est constituée d'un silicium polycristallin. 7,.Dispositif semiconducteur à circuit intégré caractérisé en ce qu'il est réalisé selon un procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6.