Brevet FR2513016A1 — publié le 19830318

-1- "TRANSISTOR V MOS HAUTE TENSION, ET SON PROCEDE DE FABRICATION" La présente invention concerne un transistor haute tension à structure MOS formé d'un corps semiconducteur dont la surface est partiellement recouverte d'un film d'oxyde et d'une couche métallique, transistor dans lequel ledit corps semiconducteur comportant, d'une part,au moins deux couches superposées de types de conduction opposés portées par un substrat, et au moins un ilôt de même type de conduction que la couche inférieure du corps semiconduc- teur mais localisé dans la couche supérieure, est pourvu d'autre part d'une configuration de sillons creusés en regard de l'ilôt localisé à travers ladite couche supérieure pour pénétrer dans la couche inférieure, les flancs et le fond desdits sillons étant recouverts successivement du film d'oxyde et de la couche métallique déposés également à la surface du corps semiconducteur. La présente invention concerne également le procédé de réalisation dudit transistor. On connait les transistors à structure MOS (métal- oxyde-semiconducteur) formée d'un corps semiconducteur com- portant une première couche semiconductrice d'un premier type de conduction recouverte d'une seconde couche, égale- ment semiconductrice, d'un second type de conduction opposé au premier, dite couche d'inversion, dans laquelle est créé un ilÈt localisé du premier type de conduction, la surface de l'ensemble étant recouverte partiellement d'un film iso- lant d'oxyde et d'une couche métallique. La première couche du premier type de conduction constitue le drain du transistor dont le canal est formé à la surface de la seconde couche ou couche d'inversion, la grille étant représentée par la couche métallique et la -2- source par l'ilôt localisé créé dans ladite seconde couche. Parmi les configurations de transistors MOS classi- ques, on connaît notamment celle dite à sillons, ou V MOS, dans laquelle lesdits sillons sont obtenus par décapage anisotrope selon des plans cristallographiques préféren- tiels. Dans ce type de transistors, les flancs et le fond des sillons sont totalement recouverts du film isolant d'oxyde puis de la couche métallique recouvrant également en partie la surface du corps semiconducteur. On sait alors que, dans ce cas, le film isolant d'oxyde doit être suffisamment mince pour assurer une sen- sibilité en courant importante et une faible résistance à l'état passant mais que, par ailleurs, il doit être suffi- samment épais pour que la tenue en tension de rupture soit élevée: en effet, la distorsion des lignes de champ dans la portion des flancs des sillons affleurant la première couche du premier type de conductîon, c'est-à-dire la cou- che inférieure, est d'autant plus importante que l'épaisseur du film isolant d'oxyde est plus faible. On remarque donc que, dans les conditions actuelles de réalisation des transistors MOS, ces deux critères sont difficilement conciliables simultanément. La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient. En effet, la présente invention concerne un transis- tor haute tension à structure MOS formé d'un corps semicon- ducteur dont la surface est partiellement recouverte d'un film d'oxyde et d'une couche métallique, transistor dans lequel ledit corps semiconducteur comportant, d'une part, au moins deux couches superposées de types de conduction oppo- sés portées par un substrat et au moins un îlot de même type de conduction que la couche inférieure du corps semiconduc- teur mais localisé dans la couche supérieure, est pourvu d'autre part d'une configuration de sillons creusés en regard de l'îlot localisé à travers ladite couche supérieure pour pénétrer dans la couche inférieure, les flancs et le -3- fond desdits sillons étant recouverts successivement du film d'oxyde et de la couche métallique déposés également à la surface du corps semiconducteur, notamment remarqua- ble en ce que, dans le fond de chacun desdits sillons et sur une épaisseur au moins égale à leur profondeur de péné- tration dans la couche inférieure dudit corps semiconduc- teur, est incluse une couche de matière isolante renforçant partiellement ledit film d'oxyde. La différence d'épaisseur des couches isolantes dans les sillons creusés dans le corps semiconducteur, différen- ce due à l'apport de la nouvelle couche isolante, permet de dissocier les caractéristiques de courant et de tension, c'est-à-dire que l'on peut obtenir une sensibilité de cou- rant importante dans la zone en regard de la couche supé- rieure du corps semiconducteur et une tension de rupture élevée dans la zone en regard de la couche inférieure. Dans une forme préférentielle de réalisation, la couche de matière isolante incluse dans le fond de chacun des sillons est disposée entre le film d'oxyde et la couche métallique recouvrant une portion de la surface du corps semiconducteur ainsi que les flancs et le fond des sillons. Cette disposition préférentielle est liée aux condi- tions de dépôt de ladite couche de matière isolante et, dans l'état actuel de connaissances des matériaux et des appa- reillages utilisables, il est souhaitable de déposer en premier lieu le film d'oxyde de manière à garantir, d'une part la propreté des flancs des sillons au niveau de la couche d'inversion et, d'autre part, une homogénéité et une étanchéité suffisantes de la couche de matière isolante. Dans le cas le plus général o l'épaisseur du film d'oxyde est de l'ordre de 0,2/um, la profondeur de pénétra- tion des sillons dans la couche inférieure du corps semi- conducteur et l'épaisseur de la couche de matière isolante sont au moins égales à 1 /UM. Avantageusement, la matière formant ladite couche isolante contient essentiellement un verre généralement ob- tenu par pyrolyse, ledit verre étant préférentiellement dopé -4- au bore ou au phosphore pour renforcer ses qualités mécani- ques et ses qualités thermiques. La présente invention concerne également le procédé de réalisation de ce transistor MOS, procédé selon lequel, sur un substrat semiconducteur, on dépose successivement une première couche d'un type de conduction donné, puis une seconde couche d'un type de conduction opposé dans laquelle on crée au moins un Ilot localisé du type de conduction de ladite première couche, celle-ci et la seconde couche for- mant respectivement la couche inférieure et la couche supé- rieure d'un corps semiconducteur dans lequel est creusée une configuration de sillons traversant l'îlot localisé et la couche supérieure et pénétrant dans la couche inférieure, procédé selon lequel on dépose ensuite un film d'oxyde sur une portion de la surface du corps semiconducteur et sur les flancs et le fond des sillons, ledit film étant alors recouvert d'une couche métallique, remarquable en ce que, avant le dépôt de la couche métallique, on remplit le fond des sillons d'une couche de matière isolante dont l'épais- seur est au moins égale à la profondeur de pénétration des- dits sillons dans la couche inférieure - Ce procédé permet de renforcer l'épaisseur de film isolant dans la région o une distorsion des lignes de champ intervient sur la tenue du transistor en tension de rupture. Dans un mode préférentiel de mise en oeuvre du pro- cédé, on dépose à la surface du corps semiconducteur un mélange contenant au moins du verre en suspension dans une solution alcoolique puis, par centrifugation, on fait péné- trer ledit mélange dans le fond des sillons avant de procé- der à un recuit à une température appropriée permettant l'élimination des éléments du mélange devenus inutiles. La viscosité de la solution et les conditions de centrifugation sont choisies pour que, par gravitation, seuls le fond des sillons et la partie inférieure de leurs flancs soient recouverts d'une couche de verre Le mélange contenant le verre peut également comporter un agent de -5- dopage dudit verre, bore ou phosphore par exemple, ayant pour but de modifier les caractéristiques mécaniques et thermiques de la couche formée. Généralement, on dépose la couche de matière iso- lante après le film d'oxyde. En effet, compte tenu des conditions de température dans lesquelles doivent s'effectuer le dépôt, et notamment le recuit ( 400 -600 C), de la couche de matière isolante, température inférieure à celle nécessaire à la formation du film d'oxyde ( 600 -900 C), il est souhaitable de procé- der dans l'ordre indiqué ci-dessus de manière à éviter des dégradations éventuelles de ladite couche de matière iso- lante, dégradations pouvant se présenter sous la forme de craquelures en particulier. Cet ordre des opérations de dépôt permet également de garantir plus aisément une grande propreté des flancs des sillons au niveau de la couche supérieure du corps semiconducteur, c'est-à-dire au niveau de la couche d'in- version. La description qui va suivre, en regard du dessin annexé décrivant des exemples non limitatifs, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure en annexe représente schématiquement et en coupe un transistor V MOS selon l'invention. Conformément à l'invention, le transistor est consti- tué d'un substrat 1, de type N+ par exemple, portant deux couches superposées 2 et 3, la première de type N-, la seconde de type P Dans la couche 3, a été créé localement un flot 4 du même type de conduction que la couche infé- rieure 2, donc de type N A partir dudit îlot 4, est creu- sée une série de sillons 5 dont la configuration est choisie en fonction des caractéristiques recherchées pour le tran- sistor Les sillons 5 traversent la couche supérieure 3 du corps semiconducteur formé par les couches 2 et 3, et pénè- trent assez profondément dans ladite couche inférieure 2 jusqu'à 1/um par exemple. Sur une portion de la surface dudit corps semicon- ducteur ainsi que sur les flancs et le fond des sillons 5, est déposé un film d'oxyde 6 d'épaisseur très faible, géné- ralement de l'ordre de 0, 2/um. Conformément à l'invention, dans le fond des sillons et sur une épaisseur au moins égale à la profondeur de pénétration desdits sillons 5 dans la couche 2, ce film d'oxyde 6 est recouvert d'une couche de matière isolante 7, verre par exemples qui se trouve donc incluse entre ledit film 6 et la couche métallique 8 déposée par la suite. Pour obtenir ce transistor, on part d'un substrat en silicium de type N+ sur lequel on dépose successivement les couches épitaxiques 2 et 3 dopées respectivement d'impure- tés d'arsenic ou de phosphore pour la couche 2 et de bore pour la couche 3. Par diffusion localisée d'impuretés de type N à tra- vers un masque d'oxyde approprié, on crée ensuite l'îlot 4. Par photogravure, on creuse alors les sillons 5 qui traver- sent en totalité l'îlot 4 et la couche 3, et pénètrent pro- fondément dans la couche 2. Sur les flancs des sillons 5 et sur une portion de la surface du corps semiconducteur, notamment sur l'îlot localisé 4, on réalise par oxydation thermique, à une tem- pérature de 6000 C au moins, le film 6 dont l'épaisseur ne doit guère excéder 0,2/um. Conformément à l'invention, on dépose alors un mé- lange comportant essentiellement un verre en suspension dans une solution alcoolique: par centrifugation, ledit mélange est concentré et maintenu dans le fond des sillons 5 Un recuit à 4000 C environ permet d'éliminer les produits com- bustibles contenus dans le mélange de manière à ne laisser subsister qu'une couche homogène 7. La dernière opération consiste à recouvrir la surface du corps semiconducteur et les flancs et le fond des sillons 5 d'une couche métallique 8, d'aluminium par exemple, que l'on grave ensuite pour lui donner la configuration appro- priée Le dépôt de cette couche est effectué par des moyens -7- classiques de métallisation. Simultanément au dépôt de la couche métallique 8, on crée une plage de contact 9 mettant en court-circuit la couche 3 et l'îlot 4, et l'on a alors un transistor MOS dont la source est l'îlot 4, le drain est constitué par la couche 2, la grille est la couche métallique 8, et le canal est formé à la surface de la couche d'inversion 3. REVENDICATIONS: 1 Transistor haute tension à structure MOS for- mé d'un corps semiconducteur dont la surface est partielle- ment recouverte d'un filn d'oxyde ( 6) et d'une couche métal- lique ( 8), transistor dans lequel ledit corps semiconduc- teur comportant, d'une part, au moins deux couches superpo- sées ( 2, 3) de types de conduction opposés portées par un substrat ( 1) et au moins un lot ( 4) de même type de con- duction que la couche inférieure ( 2) du corps semiconducteur mais localisé dans la couche supérieure ( 3), est pourvu, d'autre part, d'une configuration de sillons ( 5) creusés en regard de l'îlot localisé ( 4) à travers ladite couche supé- rieure ( 3) pour pénétrer dans la couche inférieure ( 2), les flancs et le fond desdits sillons ( 5) étant recouverts suc- cessivement du film d'oxyde ( 6) et de la couche métallique ( 8) déposés également à la surface du corps semiconducteur, caractérisé en ce que, dans le fond de chacun desdits sil- lons ( 5) et sur une épaisseur au moins égale à leur profon- deulr de pénétration dans la couche inférieure ( 2) dudit corps semiconducteur, est incluse une couche de matière iso- lante ( 7) renforçant localement ledit film d'oxyde ( 6). 2 Transistor selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la couche de matière isolante ( 7) incluse dans le fond de chacun des sillons ( 5) est disposée entre le film d'oxyde ( 6) et la couche métallique ( 8) recouvrant une portion de la surface du corps semiconducteur ainsi que les flancs et le fond des sillons ( 5). 3 Transistor selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'épaisseur du film d'oxyde ( 6) est de l'ordre de 0,2/um, et en ce que la profondeur de pé- nétration des sillons ( 5) dans la couche inférieure ( 2) du corps semiconducteur et l'épaisseur de la couche de matière isolante sont au moins égales à 1/u Mn. 4 i Transistor selon l'une des revendications 1 à 3, caractérise en ce que ladite couche isolante ( 7) contient essentiellement du verre. Transistor selon la revendication 4, carac- térisé en ce que le verre contenu dans la matièlre isolante ( 7) est dopé au bore. 6 Transistor selon la revendication 4, Ca- racteri S en ce que le verre contenu dlans la mat J 'e Q i 5- lante ( 7) est dopé au phoslrre. 7 Procédé de réalisation du ransisor coiln- forme aux revc-ndications 1 A 6, procidé selon laequel, ủr un tsubstrat seni conducteur ( 1), on dipose nlcccessivf;l,ent une première couche ( 2) d 'un type de conduction donné, puis lune seconde couche ( 3) d'un type de conduction opposé dans laquelle on crée au moins un îlot localisé ( 4) du type de condluction de ladite première couche ( 2), celle-ci et la seconde couche for-mant respectivement la couche inférieure et la couche supérieure d'un corps semicoducteur dans le- quel est creusée une configuration de S illons ( 5) traver- sant l'îlot localisé ( 4) et la coiuce supélrieure ( 3), et pénétrant dans la couche inférieure ( 2), procédé selon le- quel on dépose ensuite un film d'oxydce ( 6) sur une portion de la surface du corps semicondulcteur et sur les flancs et le fond des sillons ( 5), ledit film étant alors recouvert d'une couche métallique ( 8), caractérisé en ce que, avant le dépôt de la couche métallique ( 8), on remplit le fond des sillons ( 5) d'une couche de matière isolante ( 7) dont l'épaisseur est au moins égale A la profondeur de pénétra- tion desdits sillons ( 5) dans la couche inférieure ( 2). 8 procédé selon la revendication 7, caracté- ri Eé en ce que, A la surface du corps semiconducteur, on dépose un mélange contenant au moins du verre en suspension dans une solutionalcoolique puis en ce que, par centrifuga- tion, on fait pénétrer ledit mélange dans le fond des sil- lons ( 5) avant de procéder A un recuit A une température ap- propriée permettant l'élimination des éléments du mélange devenus inutiles. 9 Procédé selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que l'on dépose la couche de matière isolante ( 7) après le film d'oxyde ( 6).