Brevet FR2388409A1 — publié le 19781117

L'invention concerne un procédé pour fabriquer un dispositif à semiconducteurs, selon lequel un cristal de silicium est muni de plusieurs jonctions pn ainsi que d'une première couche diélectrique recouvrant les jonctions pn, on dépose sur la première couche diélectrique une première -électrode de commande constituée par du silicium dopé et prévue pour réaliser la commande capacitive d'au moins l'une des jonctions pn du cristal de silicium, et on recouvre cette électrode par une seconde couche diélectrique, on dépose en outre sur la seconde couche diélectrique une seconde électrode de commande constituée par du silicium dopé et servant à réaliser la commande capacitive d'au moins une jonction pn du cristal de silicium et on recouvre cette seconde électrode par une troisième couche diélectrique, qui pour sa part est prévue en tant que support d#une métallisation servant au raccordement extérieur, et selon lequel on réalise en outre dans au moins l'une des couches diélectriques un canal de contact qui commence à la surface du cristal de silicium ou bien à la surface de l'une des deux électrodes de commande et qui débouche dans la région, prévue pour le dépôt d'une électrode de commande de #la métallisation, de la surface de l'une des couches diélectriques et qui doit être rempli, au plus tard lors du dépôt de l'électrode de commande ou de la métallisation considérée, avec un matériau électriquement conducteur. Des procédés de ce type p#euvent être tirés des demandes de brevet allemand déposées sous les numéros 26 19 849 et 25 47 828. Ces documents concernent la fabrication de mémoires à semiconducteurs monolithiques, dans lesquelles il est prévu en tant que partie constitutive essentielle des différentes cellules ou cases de mémoire , des transistors à effet de champ MOS, dont les électrodes de commande (électrodes de porte ou de grille) sont constituées par du silicium polycristallin dopé, en vue d'obtenir des tensions de seuil et des vitesses de commutation plus faibles.Les couches diélectriques sont constituées la plupart du temps par du bioxyde de silicium que l'on dépose par exemple par conversion ou oxydation pyrolithique d'un silane liquide approprié, par exemple SiH4 avec de l'oxygène, à partir de la phase gazeuse, sur la surface chauffée du cristal de silicium. Les électrodes de commande consti tuées par du silicium sont également déposées à la surface du dispositif chauffé, à partir d'un gaz de réaction adéquat, par exemple à partir d'un mélange, dilué dans de l'argon ou dans de l'hydrogène, de SiH4 et de l'hydrure d'un élément de dopage, par exemple du phosphore ou du bore. La réalisation des jonctions pn dans le cristal semiconducteur peut être réalisée par diffusion ou par implantation d'ions. Eventuellement la première couche diélectrique peut servir de masque de diffusion ou d'implantation. Les différentes dispositions concernant le dépôt des couches sont en général courantes et bien connues. On mentionnera seulement ici le fait qu'aussi bien le dépôt des couches diélectriques que celui des couches de silicium prévu en tant qu'électrodes de commande s'effectue la plupart du temps sur l'ensemble de la surface.Les électrodes de commande sont alors réduites en étant amenées à l'étendue désirée moyennant l'utilisation d'une technique adéquate d'attaque chimique utilisant un vernis photosensible, l'agent d'attaque chimique utilisé agissant de façon sélective sur le silicium Cet agent d'attaque chimique est par exemple un mélange d'acide fluorhydrique et d'un agent oxydant, par exemple (ho03), ledit mélange étant constitué à partir de ses composants (y compris H20) de telle manière qu'il n'attaque pas de façon notable les couches diélectriques existantes. Une technique d'attaque chimique utilisant un vernis photosensible est également nécessaire pour la fabrication des panneaux de contact et l'on utilise alors un agent d'attaque chimique n'attaquant pas notablement le silicium (un exemple de ce type d'agent d'attaque chimique est celui de l'acide fluorhydrique tampenné et dilué). Ces canaux s'étendent ha bitueliement à la surface de la couche diélectrique extérieure (à partir de la surface du silicium devant être contactée). Mais ils peuvent également partir de l'une des électrodes de commande et s'étendre vers l'extérieur. Enfin de tels canaux de contact se terminent également au niveau de la surface extérieure d'une couche diélectrique qui pour sa part est recouverte par une autre couche diélectrique à ltemplacement où débouche le canal de contact.En général il s'agit alors, en ce qui concerne la couche de revêtement, d'un matériau isolant, notamment organique, pouvant etre déposé à des températures très basses, étant donné que le matériau conducteur remplissant alors le canal-conducteur se transforme ou se prolonge en une couche intermédiaire métallique réalisée avec la forme d'une voie conductrice électrique et dont le rôle est celui d'une voie conductrice électrique, servant dans des buts uniquement d'établissement de contact. Les canaux de contact sont réalisés immédiatement après le dépôt de la couche diélectrique considérée, dans cette dernière, au moyen d'une technique d'attaque chimique utilisant un vernis photosensible. Alors la couche diélectrique est munie d'une métallisation constituée notamment par de l'aluminium. Le masque d'attaque chimique utilisant un vernis photosensible, utilisé lors de la réalisation des canaux, peut être employé en tant que masque de formage, par exemple en tant que masque de dépôt par vaporisation dans le cas où l'on ne préfère pas une métallisation sur toute la surface et sa réduction à la région des canaux de contact devant être remplis par le matériau conducteur.Enfin on peut lier le remplissage des canaux de contact au dépôt non seulement de la métallisation de la couche diélectrique extérieure, mais également au dépôt du silicium polycristallin constituant les électrodes de commande. Dans ce cas les canaux considérés de contact sont alors remplis avec du silicium polycristallin fortement dopé de façon adéquate. Il faut remarquer à ce sujet que l'épaisseur des différentes couches diélectriques est égale tout au plus à quelques m 7 m , en sorte que la longueur de ces canaux et leur dia- mètre sont approximativement du même ordre de grandeur. Les épaisseurs des différentes couches diélectriques ainsi que les différentes couches de silic##ium polycristallin sont habituellement homogènes en raison de la technique de dépôt utilisée. Les épaisseurs des trois couches diélectriques sont cependant très différentes les unes des autres. Ceci conduit cependant au fait que, dans le cas d'une réalisation simultanée de tous les canaux de contact dans les trois couches diélectriques, que l'on effectue habituellement en une phase opératoire, les attaques chimiques ou corrosions sous-jacentes ne peuvent être évi tées difficilement. C'est ici qu'un remède serait souhaitable. En outre il serait avantageux de disposer de possibilités supplémentaires d'établissement de contacts. C'est ici que la présente invention doit apporter une solution. Conformément à l'invention, il est prévu que dans la couche diélectrique servant de support de l'une des deux élec trodes de commande, on réalise un canal de contact débouchant dans l'électrode de commande et, dans la couche-diélectrique recouvrant l'électrode de commande considérée, on réalise un canal de contact partant de l'électrode de commande et l'on remplit ce canal avec un matériau conducteur, qu'on dépose en outre le matériau conducteur-dans les deux canaux de contact, en liaison conductrice avec la surface du cristal de silicium et/ou de l'autre électrode de commande et/ou de la métallisation sur la troisième-couche diélectrique, de telle manière que ces éléments sont des parties constitutives du raccord électrique d'un composant à semiconducteurs réalisé dans le cristal de silicium, qui notamment ne contient pas la ou les jonctions pn devant être commandées de façon capacitive par l'électrode de commande. Un transistor à effet de champ du type MOS contient, comme cela est connu, deux jonctions pn dont l'une est branchée en tant que source tandis que l'autre est branchée en tant que drain. Les deux jonctions sont commandées de façon capacitive par l'électrode de commande (électrode de porte ou de grille) séparée par une couche diélectrique mince de la surface du silicium ainsi que des deux jonctions pn, en sorte qu'un flux de courant commandé de façon capacitive entre la source et le drain est possible.L'électrode de commande constituée par du silicium polycristallin dopé doit être constituée, dans le cas du procédé conforme à l'invention, de manière-à être active en supplément en tant que voie conductrice électrique pour le raccordement électrique d'un autre composant à semiconducteurs, réalisé avec le transistor dans le même cristal de silicium, par exemple un second transistor à effet de champ.Ceci est principalement le cas lorsque les plages de raccordement des deux canaux de contact sont disposées en étant éloignées,à la surface de l'électrode de commande, de telle manière que le courant électrique s-' écoulant en commun par I intermédiaire des deux canaux de contact et de l'électrode de commande est orienté dans l'électrode de commande pratiquement exclusivement parallèlement aux limites de l'électrode de commande avec les deux couches diélectriques.C'est le cas essentiellement lorsque les plages de raccordement des deux canaux contactant l'électrode de commande sont raccordées à des extrémités respectives de ltélectrode de commande réalisée sous la forme d'une bande allongée.Dans ce cas éventuellement la jonction pn devant être commandée de façon capacitive par 1' électrode de commande, c'est-à-dire le transistor à effet de champ, subit une influence électrique notable de la part du courant électrique passånt par les deux canaux de contact et par l'électrode. de commande et provenant de l'autre composant à semiconducteurs, ce qui peut être très souhaitable dans de nombreux cas pour des raisons techniques de montage. Si d'autre part on dispose les plages de raccordement des deux canaux sur l'électrode de commande considérée et qu'on réalise à cet effet la géométrie des deux plages de raccordement avec symétrie réciproque, par rapport au plan de la surface de l'électrode de commande, manifestement la composante tangentielle du courant circulant par les canaux de contact est supprimée dans les électrodes de commande dans la mesure où, lors de son entrée dans l'électrode de commande, le sens de ce courant ne varie pas et où donc aucun flux de courant, pouvant influencer la jonction pn de commande, n'est transmis par l'intermédiaire de ces deux canaux de contact. La tension de commande servant à commander la jonction pn devant être influencée de façon capacitive par l'électrode de commande considérée peut être envoyée par itun des canaux de contact ou les deux canaux de contact. Mais à cet effet on peut également prévoir un troisième canal de contact qui, à part les deux autres canaux de contact, est relié à l'électrode de commande. L'utilisation d'un troisième canal de contact est appropriée lorsque la jonction pn devant être influencée par l'intermédiaire de l'électrode de commande doit être découplée autant que possible du courant s'écoulant par l'intermédiaire des deux canaux de contact et servant à charger un autre composant à semiconducteurs dans le cristal de silicium. Dans le cas d'un premier mode d'exécution du procédé conforme à l'invention, on réalise tout d'abord un canal de contact conduisant de la surface du silicium à la première électrode de commande, puis un canal de contact conduisant de la première électrode de commande à la seconde électrode de commande. La plage de raccordement à la surface du cristal de silicium peut être choisie de manière à se trouver entièrement à la surface de la zone de source ou de drain d'un transistor à effet de champ, qui est commandée soit par la première électrode de commande, soit par la seconde électrode de commande. C'est par exemple le cas lorsque le transistor à effet de champ considéré doit être branché en tant que résistance; il est alors constitué de façon appropriée sous la forme d'un transistor à effet de champ du type à appauvrissement. Mais d'autre part, dans le cas de la première forme de réalisation, le canal de contact, qui conduit de la surface du cristal de silicium à la première électrode de commande, peut être choisi, du point de vue de sa plage de contact à la surface du cristal de silicium de telle manière que cette plage de contact se situe entièrement dans une zone qui est isolée électriquement, par-exemple par au moins une jonction pn isolante intercalée, par rapport à toutes les zones du semiconducteur participant à la constitution d'un transistor à effet de champ chargé par 1tune des deux electrodes de commande. Selon un second mode d'exécution, à la suite du recouvrement de la première électrode de commande par la seconde couche diélectrique, on réalise à l'emplacement prévu pour la seconde électrode de commande, un canal de contact traversant jusqu'à la surface du cristal de silicium, et, après le dépôt de la seconde électrode de commande et son recouvrement par la troisième couche diélectrique, on réalise un canal de contact s'étendant à travers la troisième couche diélectrique jusqu la surface de la seconde électrode de commande.Ici également il est possible de réaliser le canal de contact aboutissant à la surface du cristal de silicium de telle manière que ce canal de contact forme une liaison conductrice entre la seconde électrode de commande et la zone#de source ou de drain d'un transistor à effet de champ commandé par la seconde électrode de commande, ou bien, que L'électrode de commande soit prévue au-dessus du canal de contact aboutissant à la surface de silicium exclusivement pour contacter dans le cristal de silicium un composant à semiconducteurs, qui n'est pas identique au composant à semiconducteurs attaqué par l'électrode de commande. En vue d'éviter une attaque chimique sousjacente, il peut être important pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention que, dans le cas de la réalisation simultanée de canaux de contact, ces derniers possèdent des longueurs autant que possible identiques. Il est en outre approprié que les différents canaux de contact ne s'étendent qulà travers l'une des trois couches diélectriques, lorsque ce point de vue doit être pris en compte de façon particulière. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement aux dessins annexés un mode d'exécution du procédé conforme à l'invention. Les 5 figures annexées à la présente demande représentent respectivement des dispositions déterminées entre les électrodes de commande, les couches diélectriques, les canaux de contact, la surface du cristal de silicium et la métallisation pouvant être déposée sur la couche diélectrique extérieure. Pour conserver la clarté du dessin, on n'a pas représenté de détails à l'intérieur du cristal semiconducteur, c'est-à-dire essentiellement des jonctions pn Le#procédé conforme à l'invention part d'une structure en forme de disque Si constitué par un monocristal de silicium, qui est muni de jonctions pn au moyen de la technique usuelle de masquage ainsi que de diffusion et/ou d'implantation. On prévoit deux jonstionc pn, qui limitent une zone de source et une zone de drain d'un premier transistor à effet de champ ainsi que deux autres jonctions pn qui limitent une zone de source et une zone de drain pour un second transistor à effet de champ. La surface du monocristal de silicium Si est recouverte tout d'abord par une première couche diélectrique D1. Cette couche est constituée de façon prépondérante par du Si02 et/ou du Si3N4. Sur cette couche on dépose l'électrode de commande S1, qui fait partie du premier transistor à effet de champ, sous la forme d'une couche de silicium polycristallin dopé et on lui donne de façon usuelle la forme désirée. Cette électrode s'étend principalement au-dessus des parties, tournées réciproquement les unes vers les autres, des jonctions pn faisant partie de la première électrode de commande Sl. L'électrode de commande SI s'étend de préférence en dehors des zones ou emplacements, absolument nécessaires pour la fonction de commande de ladite électrode, à la surface de la couche diélectrique Dl, au-dessus d'une autre partie de cette couche Dl. C'est là que sont prévues de préférence les plages ou zones de raccordement ou d'arrivée pour les canaux de contact aboutissant à l'électrode de commande. Dans le cas où il faut prévoir un canal de contact partant de la surface du cristal de silicium Si et aboutissant ou débouchant dans la première électrode de commande, ce canal est réalisé naturellement, avant le dépôt de l'électrode de commande S1, au moyen d'une technique d'attaque chimique utilisant un vernis photosensible, et est rempli par du métal, no notamment de l'Ai, de la façon déjà indiquée. Eventuellement on peut également utiliser, au lieu de cela, le silicium polycristallin constituant l'électrode de commande S1, pour remplir des canaux de contact débouchant dans l'électrode de commande. On réalise ensuite le remplissage en déposant le silicium polycristallin dopé, constituant l'électrode de commande, sur la première couche diélectrique D1 munie d'une ouverture s'étendant jusqu'à la surface du cristal Si, à savoir le canal de contact. L'épaisseur de l'électrode S1 doit alors être choisie supérieure à celle de la première couche diélectrique afin d'obtenir également réellement un contact entre le matériau remplissant le fanal de contact et l'électrode de commande SI. Les points de vue et les dispositions, que l'on vient d'indiquer pour la fabrication de la première électrode de commande SI, sont valables de façon analogue pour la fabrication de la seconde électrode de commande S2. Etant donné que cette électrode doit être déposée en partie au-dessus de la première électrode de commande, la première électrode de commande S1 doit être recouverte préalablement par la seconde couche diélectrique D2. C'est dans cette couche qu'on réalise la plupart du temps un canal de contact s'étendant jusqu'à la première électrode de commande 51. C'est le cas pour les dispositifs représentés sur les figures 1 à 4. Dans le cas du dispositif de la figure 5 il est en outre prévu une liaison conductrice traversante, #s'étendant jusqu'à la surface du cristal de silicium Si en dehors de la première électrode de commande, de l'électrode de commande S2 au moyen d'un canal de contact K3.Etant donné que la seconde électrode de commande S2 doit, tout comme la première électrode de commande S1, assurer une fonction de commande capacitive appliquée à un transistor à effet de champ réalisé dans le cristal de silicium Si, en général l'électrode de commande S2 ne sera pas plane, mais au niveau de l'emplacement de la zone déterminante pour l'effet de commande, se rapprochera de fa çon correspondante plus fortement de la surface du cristal de silicium Si. Il en va de même pour le cas représenté sur la figure 5. En outre le canal de contact K2, réalisant la liaison entre les deux électrodes de commande S1 et S#2, occupe la majeure partie de la surface de ces deux électrodes de commande S1 et 52. Il faut remarquer que la seconde couche diélectrique D2 n'est au fond nécessaire qu'aux emplacements auxquels une séparation spatiale entre les deux électrodes de commande S1 et S2 est souhaitable. Ceci correspond au fait que par exemple dans le cas de la représentation des figures 1 et 3, cette couche diélectrique D2 (il s'agit de coupes) n'est pas visible bien qu'elles doive être naturellement présente entre les deux électrodes de commande S1 et S2, outre le canal de contact K2. Dans le cas de la représentation de la figure l, le canal de contact reliant les deux électrodes de commande S1 et S2 s'étend sur toute la section transversale sur la face supérieure de S1 et stétend des deux côtés au-delà de S1. A d'autres emplacements de l'électrode de commande Sl, il n'y a en général pas un tel recouvrement. Dans le cas de la figure 2, la seconde couche diélectrique s'étend également, dans la coupe choisie, entre les deux électrodes de commande S1 et 52 en sorte que le canal de contact K2,situé entre S1 et S2, ne contacte qu'une partie plus réduite de 51. Dans le cas des dispositifs représentés sur les figures 3 et 4, le canal de contact K1 s'étend depuis la face supérieure de la seconde électrode de commande jusqu'à la métallisation. Les deux canaux de contact K1 et K2 sont (fig. 3) disposés suivant le même axe l'un par rapport à l'autre. SUE la figure 4, au contraire ils sont disposés latéralement l'un par rapport à l'autre. Enfin dans le cas du dispositif représenté sur la figure 5, il existe un canal de contact K2 entre les deux électrodes de commande S1 et 52 et un canal de contact K3 entre la surface de l'électrode 52 et la surface d'une partie située à l'intérieur du cristal de silicium Si et limitée par une jonction pn G, l'action de commande capacitive des deux électrodes de commande devant être exercée dans des régions (séparées l'une de l'autre) du cristal de silicium Si qui sont situées à l'extérieur de la région du cristal de silicium, entourée par la jonction pn G. Il faut encore remarquer qu'au moins une partie des couches diélectriques Dl, D2 et D3 peut être réalisée par oxydation, par exemple par oxydation anodique, des couches de silicium, devant être recouvertes par ces couches diélectriques, c'est-à-dire de la surface du cristal Si ou bien d'une des deux électrodes de commande S1 et S2. REVENDICATIONS 1) Procédé pour fabriquer un dispositif à semiconducteurs, selon lequel un cristal de silicium est muni de plusieurs jonctions pn ainsi que d'une première couche diélectrique recouvrant les jonctions pn, on dépose sur la première couche diélectrique une première électrode de commande constituée par du silicium dopé et prévue pour réaliser la commande capacitive d'au moins l'une des jonctions pn du cristal de silicium, et on recouvre cette électrode par une seconde couche diélectrique, on dépose en outre sur la seconde couche diélectrique une seconde électrode de commande constituée par du silicium dopé et servant à réaliser la commande capacitive d'au moins une jonction pn du cristal de silicium et on recouvre cette seconde électrode par une troisième couche diélectrique, qui pour sa part est prévue en tant que support d'une métallisation servant au raccordement extérieur, et-selon lequel on réalise en outre dans au moins l'une des couches diélectriques un canal de contact qui commence à la surface du cristal de silicium ou bien à la surface de l'une des deux électrodes de commande et qui débouche dans la région, prévue pour le dépôt d'une électrode de commande de la métallisation, de la surface de l'une des couches diélectriques et qui doit être rempli,au plus tard lors du dépôt de l'électrode de commande ou de la métallisation considérée, avec un matériau électriquement conducteur, caractérisé par le fait que l'on réalise un canal de contact débouchant dans l'électrode de commande, dans la couche diélectrique servant de support de 17une des deux électrodes de commande et un canal de contact partant de l'électrode de commande, dans la couche diélectrique recouvrant l'électrode de commande considérée, et que l'on remplit ces canaux avec un matériau conducteur et qu'en outre le matériau conducteur situé dans ces deux canaux de contact est en liaison conductrice avec la surface du raccord électrique d'un composant à semiconducteurs réalisé dans le cristal de silicium. 2) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on réalise tout d'abord un canal de contact partant de la surface du silicium et traversant la première couche diélectrique pour aboutir à la première électrode de comma#nde, puis un canal de contact partant de la première électrode de commande et traversant la seconde couche diélectrique pour aboutir à la seconde électrode de commande. 3) Procédé suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que la zone de départ pour le canal de contact traversant la première couche diélectrique pour aboutir à la première électrode de commande est choisie, à la surface du cristal de silicium, de telle manière que ladite zone de départ se forme sur la zone de source ou sur la source de drain d'un transistor à effet de champ (transistor MOS) commandé par la première électrode de commande ou par la seconde électrode de commande. 4) Procédé suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que la zone de sortie pour le canal de contact traversant la première couche diélectrique et aboutissant à la première électrode de commande est disposée sur la surface du cristal de silicium à l'écart dgtransistors à effet de champ commandés aussi bien par la première électrode de commande que par la seconde électrode de commande. 5) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'un canal de contact s'étendant de la surface du cristal de silicium jusqu'à la seconde électrode de commande est réalisé directement sans contact avec la première électrode de commande, dans la première et dans la seconde couches diélectriques, et qu'un second canal de contact partant de la seconde électrode de commande ou bien aboutissant à cette électrode est réalisé à l'écart de la zone d'aboutissement du premier canal de contact dans la seconde électrode de commande. 6) Procédé suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que le canal de contact aboutissant à la seconde électrode de commande s'étend à partir de lapremière électrode de commande en traversant la seconde couche diélectrique. 7) Procédé suivant l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé par le fait qu'un canal de contact partant de la seconde électrode de commande s'étend à travers la troisième couche diélectrique. 8) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'un canal de contact aboutissant par le bas à l'une des électrodes de commande et un canal de contact aboutissant par le haut à l'une des électrodes de commande sont disposés l'un par rapport à l'autre de manière à être disposés suivant le même axe. 9) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que la zone d'aboutissement d'un canal de contact arrivant par le bas jusqu'à l'une des électrodes de commande et la zone d'aboutissement du canal de contact arrivant par le haut jusqu'à l'une des électrodes de commande sont décalées latéralement l'une par rapport à l'autre. 10) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il est prévu une électrode de commande reliée de façon conductrice à plus de'deux canaux de contact. 11) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait qu'on réalise au moins l'une des couches diélectriques par oxydation de surface du cristal de Si et/ou d'une électrode de commande.