Brevet FR2489591A1 — publié le 19820305

PROCEDE DE FABRICATION D'UN DISPOSITIF SEMICONDUCTEUR L'invention concerne un procédé de réalisation d'un dispositif semiconducteur selon lequel une surface d'un corps semiconducteur est munie d'une couche électro- isolante, puis d'une couche de polysilicium appliquée sur la couche isolante et rendue électroconductrice par intro- duction d'une substance de dopage, et d'une couche métalli- que soumise, avec la couche de polysilicium, à un traite- ment thermique au cours duquel la couche de polysilicium est transformée, sur une partie de son épaisseur, en une couche de siliciure métallique par réaction avec le métal de la couche métallique. L'invention concerne notamment un procédé perfection- né permettant de réaliser un dispositif à effet de champ comportant une électrode porte isolée. Un dispositif a effet de champ comportant une élec- trode porte isolée constituée par une structure à couche double comprenant une couche de polysilicium dopé et une couche de siliciure métallique est connu, entre autres, du brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 4 080 719. Une telle structure à couche double offre de nombreux avantages. C'est ainsi qu'il est possible de lui conférer une résistivité notablement plus basse que celle de couches de polysilicium dopé. De plus, à l'interface comprise entre la couche en polysilicium dopé et la couche isolante, il se produit moins d'impuretés qu'à l'interface comprise entre la couche de polysilicium non dopé et la couche isolante. Dans la structure à couche double comportant une couche de polysilicium dopé, la tension de seuil de disposi- -2- tifs à effet de champ peut être commandée plus facilement que dans le cas d'une structure à couche double comportant une couche de polysilicium non dopé. Une électrode porte présentant une structure à cou- che double comportant une couche de polysilicium dopé est réalisée de la façon connue suivante. Une surface d'un corps semiconducteur est munie d'une couche électro-isolante, d'une couche de polysilicium dopé et d'une couche métalli- que soumise, avec la couche de polysilicium dopé, à un traitement thermique au cours duquel la couche de polysili- cium est transformée, sur une partie de son épaisseur, en une couche de siliciure métallique par réaction avec le métal de la couche métallique. Une couche de siliciure métallique peut être réali- sée par réaction, entre autres, d'une couche métallique appliquée par pulvérisation ou évaporation, par exemple une couche en molybdène, avec une couche de polysilicium à une température comprise entre 600 à 900 C. La couche de siliciuremétallique, la couche de poly- silicium et la couche électro-isolante sont masquées et transformées en une configuration définissant une porte d'un dispositif à effet de champ comportant une électrode porte isolée. Toutefois, en pratique, une couche en polysilicium dopé à l'aide de phosphore réagit pendant ledit traitement thermique de façon insuffisante avec une couche de molyb- dène de sorte que ladite couche de polysilicium n'est trans- formée que de façon incomplète en siliciurede molybdène sur la partie de son épaisseur à transformer. Cette réaction insuffisante se révèle par le fait que, même après l'application du traitement thermique pro- prement dit à une couche en molybdène et à une couche en polysilicium dopée à l'aide de phosphore, ladite couche de molybdène conserve toujours sa couleur métallique et ne pré- sente pas la couleur bleuâtre du siliciure de molybdène et, -3- de plus, elle est facilement soluble dans de l'acide azotique (HNO3). Apparemment, il se forme une couche intermédiaire sur la surface de ladite couche de polysilicium dopé à l'aide de phosphore, couche intermédiaire qui ne peut être enlevée à l'aide d'acide fluorhydrique (HF). L'invention vise, entre autres, à obvier, au moins dans une mesure notable, au susdit inconvénient provoqué probablement par ladite couche intermédiaire. Conformément à l'invention, un procédé du genre mentionné dans le préambule est caractérisé en ce qu'après la transformation de la couche de polysilicium, sur une partie de son épaisseur, en une couche de siliciure métal- lique, une substance de dopage est introduite, par l'inter- médiaire de la couche de siliciure métallique, dans la par- tie restante de la couche de polysilicium. L'invention est basée sur l'idée qu'une formation suffisante de siliciure métallique et une tension de seuil constante peuvent s'obtenir par réaction de la couche métal- lique avec une couche de polysilicium non dopé et par intro- duction d'une substance de dopage dans une couche de poly- silicium non dopé, par l'intermédiaire d'une couche de sili- ciure métallique. L'agent de dopage traverse facilement la couche de siliciure métalliqueà l'aide des techniques de dopage nor- males telles que la diffusion. C'est pour cette raison qu'on préfère utiliser une substance de dopage choisie dans le groupe comprenant P, B et As. La substance de dopage est de préférence constituée par du phosphore et est introduite à partir d'un courant de gaz contenant PH3 ou POC13 à une température comprise entre 900 et 1000 C. Le métal est choisi de préférence dans le groupe constitué par Ti, Ta, W et Mo. Si ledit métal est constitué -4- par du molybdène, le traitement thermique s'effectue à une température comprise entre 600 et 9000 C. L'invention sera expliquée ci-après en détail en regard des dessins annexés relatifs à un exemple donné à titre non limitatif. Les figures 1 à 3 montrent des sections schématiques d'une partie d'un dispositif semiconducteur à des stades successifs de sa réalisation effectuée à l'aide du procé- dé conforme à l'invention. D'une façon générale, les pièces correspondantes portent les mêmes chiffres de référence. Un procédé permettant de réaliser un transistor à effet de champ muni d'une électrode porte isolée est décrit à l'aide des figures 1 à 3. On part d'un corps semiconduc- teur 1, dans ce cas un disque en silicium 1 qui est de type de conduction P. Une surface 8 du disque en silicium 1 est munie d'une couche électroisolante 2 à l'aide d'un procédé usuel, par exemple une couche en oxyde de silicium d'une épaisseur de 500 A appliquée par oxydation thermique. Une couche en polysilicium 3 est déposée sur ladite couche isolante 2 sur une épaisseur d'environ 3500 A par décomposition d'un composé de silicium gazeux, couche de polysilicium qui est rendue électroconductrice par intro- duction d'une substance de dopage. Une couche métallique 4 qui, dans cet exemple, est constituée de molybdène est ensuite appliquée sur toute la surface de la couche de polysilicium sur une épaisseur d'en- viron 750 A. La couche métallique est alors soumise, avec la cou- che de polysilicium 3, à un traitement thermique (voir la figure 2). Dans le cas ou le métal est constitué de molyb- dène d'une épaisseur de 750 A par exemple, le traitement thermique s'effectue à une température comprise entre 600 et 900 C pendant 60 minutes dans une atmosphère inerte ou réductrice, cas dans lequel la couche de polysilicium 3 est transformée, sur une partie de son épaisseur, en une couche de siliciure de molybdène 5 par réaction avec le molybdène de la couche en molybdène. Lors du traitement thermique, ladite couche de molybdène 4 qui s'étend sur la couche de polysilicium 3 est transformée dans sa totalité, dans cet exemple, en la cou- che de siliciure de molybdène 5 d'une épaisseur de 3000 A, alors qu'il subsiste une couche de polysilicium non dopé très mince 6çdans ce cas d'une épaisseur de 400 à 500 A, de ladite couche de polysilicium non dopé 3 sous ladite couche de siliciure de molybdène 5. Conformément à l'invention, après transformation de la couche en polysilicium 3, sur une partie de son épais- seur, en une couche desiliciure métallique 5, la substance de dopage est introduite, par l'intermédiaire de la couche de silicîure métallique 5, dans la partie restante 6 de la couche de polysilicium 6. La substance de dopage, par exem- ple du phosphore, est introduite dans ladite couche de polysilicium non dopé mince restante 6, par l'intermédiaire de la couche de siliciure de molybdène 5 afin d'obtenir une couche de polysilicium dopé 6 à partir d'un courant de gaz contenant de la phosphine (PH3) ou de l'oxychlorure de phosphore (POC13) par un traitement thermique à une tempé- rature comprise entre 900 et 1000 C pendant environ 10 mi- nutes ou par implantation d'ions de façon usuelle. Or, la porte isolée 7 s'obtient par transformation des couches 2, 6 et 5 en une configuration appropriée à l'aide de méthodes de décapage photolithographique conven- tionnelles (figure 3). Lors de ces procédés de réalisation, les deux susdits traitements thermiques permettant d'obtenir une couche de siliciure métallique et assurant l'introduction d'une subs- tance de dopage peuvent être remplacés par un seul traite- ment thermique effectué à une température comprise entre 900 et 1000 C. 6- Une analyse réalisée à l'aide de rayons X et une mesure de la résistivité permettent de vérifier que la couche en siliciure métallique 5 est constituée de sili- ciure de molybdène (MoSi2). La couche en siliciure métal- lique présente, en effet, une couleur bleuâtre. Le corps semiconducteur est ensuite soumis aux trai- tements usuels pour compléter le dispositif à effet de champ. L'invention n'est pas limitée audit exemple, mais peut également être appliquée à d'autres procédés pour la réalisation d'un transistor du genre MOS comportant des portes de polysilicium, par exemple pour la réalisation de transistors C-MOS et notamment de transistors MOS annulai- res présentant de bonnes propriétés. Pour la mise en oeuvre du susdit procédé de réalisa- tion, on peut choisir un autre métal dans le groupe compre- nant Ti, Ta, W et Mo et une autre substrance de dopage dans le groupe comprenant P, B et As. L'un des avantages du procédé conforme à la présente invention réside dans le fait que la structure à couche double comprenant une couche mince en polysilicium dopé ainsi qu'une couche en siliciure métallique pour une élec- trode porte d'un transistor MOS peut être obtenue facile- ment et de façon reproductible, la valeur caractéristique de tension de seuil étant obtenue par la substance de dopage utilisée. -7- - REVENDICATIONS - 1. Procédé de réalisation d'un dispositif semicon- ducteur selon lequel une surface d'un corps semiconducteur est munie d'une couche électro-isolante, puis d'une couche de polysilicium appliquée sur la couche isolante et rendue électroconductrice par introduction d'une substance de dopage, et d'une couche métallique soumise, avec la couche de polysilicium, à un traitement thermique au cours duquel la couche de polysilicium est transformée, sur une partie de son épaisseur, en une couche de siliciure métallique par réaction avec le métal de la couche métallique, caractérisé en ce qu'après la transformation de la couche de polysili- cium, sur une partie de son épaisseur, en une couche de siliciure métallique, une substance de dopage est introduite, par l'intermédiaire de la couche de siliciure métallique dans la partie restante de la couche de polysilicium. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite substance de dopage est choisie dans le groupe comprenant P, B et As. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite substance de dopage est constituée par du phosphore, et en ce qu'elle est introduite à partir d'un courant gazeux contenant PH3 ou POC13 à une température comprise entre 900 et 10000 C. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit métal est choisi dans le groupe Ti, Ta, W et Mo. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit métal est du molybdène et en ce que ledit trai- tement thermique s'effectue à une température comprise entre 600 et 9000 C. 2489591' -8 - 6. Procédé selon l'une des revendications l à 4, caractérisé en ce que le traitement thermique permettant la réalisation de la couche en siliciure métallique et l'in- troduction de la substance de dopage sont remplacés par un seul traitement thermique, qui s'effectue à une température comprise entre 900 et 10000 C.