Brevet FR2462779A1 — publié le 19810213

- I - La présente invention concerne une méthode améliorée et simplifiée pour la fabrication de transistors VMOS (transistors à effet de champ du type métal - oxyde - semi-conducteur à structure verticale) Les transistors MOS classiques, comme on le sait bien, ont une résistance à l'état conducteur élevée et des caractéristiques de commutation désavantageuses. La raison en est la faiblesse relative de la précision avec laquelle on peut fabriquer les structures de transistors latéraux. La longueur de canal, qui détermine la résistance à l'état conducteur, ne peut pas être contrôlée avec exactitude. De plus l'étendue de la partie de la grille qui recouvre le drain et la source aboutit à des capacités élevées et donc à de longs temps de commutation. Par conséquent, il est relativement difficile d'obtenir des transistors MOS de puissance et, plus particulièrement, des dispositifs à haute-fréquence. Pour ces raisons, on a récemment remplacé la structure latérale par une structure verticale, ce qui a donné les transistors VMOS connus (cf. "Nachrichten Electronik" 1 - 1978, pages 15 à 18, et "Electronik", 1977, n08, page 35). Ces derniers ont tous les avantages des transistors MOS. Ils l'emportent ainsi sur les transistors bipolaires et ont même des vitesses de commutation plus élevées. Les procédés de fabrication des transistors bipolaires et des transistors VMOS sont en grande partie identiques, excepté en ce qui concerne l'attaque chimique de la gorge en forme de V et l'oxydation consécutive de la grille. Ainsi, le nombre de phases et les coûts de fabrication du procédé VMOS sont plus élevés que ceux du procédé bipolaire. L'objet de l'invention est donc de fournir une méthode de fabrication de transistors VMOS à la fois simplifiée et moins onéreuse. Cet objet est atteint par l'invention du fait qu'un transistor VMOS constitué par un substrat fortement dopé d'un certain type de conductivité recouvert d'une couche épitaxiale du même type de conductivi- té, elle-même recouverte d'une couche de SiO2 comportant une fenêtre à travers laquelle est diffusée dans la couche épitaXiale une région du type de conductivité opposé, cette dernière région entourant à son tour une région diffusée du même type de conductivité que la couche épitaxinle dans laquelle se trouve une gorge en forme de V comprenant l'électrode de grille, le contact de drain étant fourni par le substrat et le contact de source interconnectant les deux régions de type de conductivi- té opposé, est fabriqué par une méthode caractérisée en ce que les deux régions de type de conductivité opposé sont diffusées simultanément dans 2 - la couche épitaxiale à travers la fenêtre ouverte dans la couche de SiO2 que deux gorges en forme de V de profondeurs différentes sont creusées par attaque chimique à travers un masque adéquat comportant deux fenêtres de différentes largeurs espacées l'une de l'autre d'une distance minimale donnée, qu'après formation d'une couche de SiO2 qui recouvre les gorges, la région devant fournir le contact de source est exposée dans la partie de la couche de SiO2 qui recouvre la première gorge, que l'on dépose par évaporation une couche d'aluminium et que l'on obtient le contact de grille et le contact de source par attaque chimique à travers un masque adéquat. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif en se reportant aux figures annexées 1 à 4, qui représentent: - Les figures 1 à 3 les étapes particulières de la méthode de fabrication selon l'invention, pour la réalisation d'un transistor VMOS à canal n, et - La figure 4 une coupe verticale d'un transistor VMOS à canal p. Dans les figures 1 à 3, le matériau de support est un substrat 1 en silicium de type n+ et d'orientation 100, de telle sorte que les gorges en forme de V puissent être obtenues par attaque chimique d'une manière auto-restrictive en utilisant des solutions d'attaque anisotropes. Une couche 2 en silicium de type n est déposée par épitaxie sur le substrat 1. Sur cette couche 2, on forme ensuite par oxydation thermique une couche 3 de SiO2. Puis on ouvre une fenêtre 4 dans la couche 3 de SiO2 par un procédé photolithographique. (voir figure 1). A travers cette fenêtre 4, on dope la rondelle de semi-conducteur avec un mélange de dopants de types n et p. Ces dopants peuvent être du bore, de l'arsenic ou du phosphore. On devra s'assurer que,_si un canal n est formé, le dopant constituant la région de type p ait la plus grande constante de diffusion. Dans le cas présent, on a choisi le bore et l'arsenic. Le dopage est suivi d'une phase de diffusion, qui donne une structure comportant une région 5 de type p et une région 6 de type n, comme le montre la figure 2. La phase suivante consiste dans la formation d'une gorge en forme de V, non seulement pour le contact de grille, mais aussi pour interconnecter la région 5 de type p et le contact de source. Ceci s'effectue à l'aide d'un masque comportant des fenêtres de largeurs différentes et espacées l'une de l'autre d'une distance minimale donnée. Puis, les gorges en forme de V sont obtenues par attaque chimique en employant une solution d'attaque anisotrope.A cause des _ largeurs différentes des fenêtres, dont les bords sont espacés sur le plan du papier d'une distance égale à la largeur des gorges en forme de V, et de par l'utilisation à la fois de silicium d'orientation cristal- lographique 100 et d'une solution d'attaque anisotrope, on obtient des profondeurs d'attaque différentes; de surcroît, le processus d'attaque chimique est auto-restrictif. De la sorte, on forme une gorge profonde 8 en forme de V pour le contact de grille et une gorge moins profonde 7 pour la connexion entre le contact de source 10 et la région 5 de type p. Conjointement à la déposition de l'oxyde de grille dans la gorge 8, on dépose une couche protectrice d'oxyde dans la gorge 7, une partie de cette couche protectri- ce étant ensuite enlevée lors d'une phase de photo-attaque pour ouvrir le contact de la métallisation de source. A la suite de quoi on dépose de l'aluminium que l'on masque et que l'on attaque pour former les contacts d'aluminium désirés dans les régions de source et de grille, c'est à dire le contact de source 10 et le contact de grille 9 (figure 3). La méthode selon l'invention est illustrée dans les figures 1 à 3 par la fabrication d'un transistor VMOS à canal n. On peut évidemment aussi employer la même technique pour fabriquer un transistor VMOS à canal p. Dans ce cas, le matériau de support est un substrat 11 de type p+ (figure 4) sur lequel on dépose par épitaxie une couche 12 de type p, dans laquelle sont diffusées la région 6 de type n et la région 5 de type p. Le dopant de type n doit avoir une plus grande constante de diffusion que le dopant de type p. La figure 4 représente une coupe verticale d'un transistor VMOS à canal p de ce type, fini. Par rapport aux procédés classiques de fabrication de transistors VMOS, la méthode selon l'invention présente l'avantage d'économiser une phase de diffusion. Il est bien évident que la description qui précède n'a été faite qu'à titre d'exemple non limitatif, et que d'autres variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. - -4- REVENDICATIONS 1 - Méthode de fabrication de transistors VMOS constitués par un substrat fortement dopé d'un certain type de conductivité recouvert d'une couche épitaxiale du même type de conductivité, elle-même recouverte d'une couche de SiO2 comportant une fenêtre à travers laquelle est diffusée dans la couche épitaxiale une région du type de conductivité opposé, cette dernière région entourant à son tour une région diffusée du même type de conductivité que la couche épitaxiale dans laquelle se trouve une gorge en forme de V comprenant l'électrode de grille, le contact de drain étant fourni par le substrat et le contact de source interconnectant les deux régions de type de conductivité opposé, caractérisée par le fait que les deux régions de type de conductivité opposé sont diffusées simultanément dans la couche épitaxiale à travers la fenêtre ouverte dans la couche de SiO2, que deux gorges en forme de V de profondeurs différentes sont creusées par attaque chimique à travers un masque adéquat comportant deux fenêtres de différentes largeurs espacées l'une de l'autre d'une distance minimale donnée, qu'après formation d'une couche de SiO2 qui recouvre les gorges, la région devant fournir le contact de source est exposée dans la partie de la couche de SiO2 qui recouvre la première gorge, que l'on dépose par évaporation une couche d'aluminium et que l'on obtient le contact de grille et le contact de source par attaque chimique à travers un masque adéquat. 2 - Méthode conforme à la revendication 1, caractérisée par le fait que les dimensions des fenêtres ouvertes dans le masque pour obtenir par attaque chimique les gorges en forme de V sont choisies de telle sorte que la seconde de ces gorges comprenant le contact de grille pénètre dans la couche épitaxiale alors que la première gorge ne pénètre que dans la région de type de conductivité opposé qui recouvre la couche épitaxiale.