Brevet FR2546664A1 — publié le 19841130

La présente invention concerne un procédé perfec- tionné pour la fabrication de transistors à effet de champ. Comme on le sait de façon générale, il existe de nombreuses applications de circuits dans lesquelles il est souhaitable que les capacités de jonction de source et de drain et la résistance série entre le canal et les contacts de source et de drain de transistors à effet de champ soient aussi faibles que possible On peut réduire les capacités de jonction en diminuant l'aire des régions de source et de drain Cependant, ceci crée également des problèmes dans l'alignement des contacts avec ces régions La diminution des profondeurs des jonctions dé source et de drain augmente la résistance série entre les contacts de source et de drain et le canal On peut réduire cette résistance en plaçant les contacts plus près de la région de canal Ici encore, ceci fait apparaître des problèmes d'alignement correct des con- tacts par rapport au canal. Il existe donc un besoin concernant un procédé de fabrication de transistors à effet de champ permettant d'amé- liorer, d'une manière pratique et reproductible, l'alignement des contacts d'un dispositif avec ses diverses régions. Le procédé comprend la formation sur la région de canal du dispositif d'une structure à plusieurs niveaux dans laquelle on définit un motif, qui comprend des couches successives consistant en un métal d'électrode de grille, un premier isolant et un métal de formation d'un siliciure On forme un second isolant le long des bords de la structure à plusieurs niveaux On dépose une couche de silicium poly- cristallin sur la quasi-totalité de la surface du transistor et on fait réagir le métal de formation d'un siliciure avec le silicium polycristallin pour former un siliciure de métal. On attaque ensuite sélectivement le siliciure de métal sans affecter le premier ou le second isolant ou la couche restan- te de silicium polycristallin. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: Les figures 1 à 10 sont des représentations d'un transistor à effet de champ au cours de divers stades de fabrication conformément à un mode de réalisation de l'inven- tion, et les figures 1, 2, 4, 6, 7, 8 et 10 montrent des éta- pes successives du processus, les figures 3 et 5 sont des représentations dans des directions respectivement perpendi- culaires à celles des figures 3 et 4, et la figure 9 est une représentation en vue de dessus correspondant à la figure 8. Comme le montre la figure 1, le traitement part d'un substrat de silicium 10 qui, dans cet exemple, est de conductivité de type p, sur lequel on forme par des techni- ques classiques une couche isolante, 11, en Si O 2 La couche comprend une partie mince 13 (qu'on appelle de façon carac- téristique l'oxyde de grille) qui est formée sur la zone du semiconducteur qui constituera le transistor, et une partie épaisse 12 (l'oxyde de champ) qui a pour fonction de masquer les zones situées à l'extérieur du transistor et de procurer une isolation électrique Les parties minces ont une épais- seur caractéristique de 20 nm et les parties épaisses ont une épaisseur caractéristique de 400 nm. Comme le montrent les figures 2 et 3, on forme une structure à plusieurs couches, en forme de bande (figure 3), par des techniques classiques de dépôt et de photolithogra- phie, sur la zone du semiconducteur qui constituera la région de canal du transistor et sur une partie de la couche d'oxyde de champ 12 adjacente La structure comprend des couches successives d'un métal d'électrode de grille, 14, tel que du silicium polycristallin, une couche isolante, 15, telle que du Si O 2, et une couche de métal de formation d'un siliciure, 16, qui est du palladium (Pd) dans cet exemple Selon une variante, la couche 14 peut consister en une couche composi- te de siliciure, tel que Ta Si 2,sur du silicium polycristal- lin Une autre couche isolante 17, qui peut consister en Si O 2 ou en Si 3 N 4 Y qui peut être souhaitable pour protéger le métal 16 contre un traitement ultérieur, est formée sur la couche de métal 16 Les épaisseurs caractéristiques sont les suivantes: 400 nm pour la couche 14; 200 nm pour la couche 15; 200 nm pour la couche 16; et 200 nm pour la couche 17. Dans cet exemple, la structure multicouche 14-17 mesure approximativement 1 um dans la direction latérale sur la figure 2, sur environ 1 pm de hauteur. Les étapes de traitement suivantes sont sélection- nées de façon à former une couche isolante 18 (figure 4) sur les bords de la structure multicouche, afin de décaler la structure de grille finale par rapport aux contacts à former ultérieurement On dispose de plusieurs procédés pour former cet isolant de décalage Dans cet exemple, on dépose une cou- che de Si O 2 (figures 2 et 3) sur la totalité de la structure, jusqu'à une épaisseur d'environ 100 nm On soumet ensuite l'article à un traitement d'attaque ionique réactive connu, pour attaquer de façon anisotrope toute matière consistant en Si O 2 qui est exposée au faisceau d'ions Comme on le sait, un tel traitement est anisotrope dans la mesure o il attaque seulement des surfaces qui sont transversales par rapport au faisceau d'ions, mais pas les surfaces qui lui sont parallè- les; c'est-à-dire que les parties des couches 11, 17 et 18 qui s'étendent horizontalement sont attaquées, mais les par- ties des couches 17 et 18 qui s'étendent verticalement ne sont pas attaquées On poursuit l'attaque jusqu'à ce que la couche 16 soit mise à nu Le résultat est celui qui est représenté sur les figures 4 et 5 Les parties des couches 17 et 18 qui s'étendent horizontalement sont enlevées La couche d'oxyde mince 13 est enlevée, ce-qui met à nu la sur- face du substrat 10 Du fait de la valeur élevée de l'épais- seur d'origine de la couche 12, cette couche reste De façon similaire, les parties des couches 17 et 18 qui s'étendent verticalement restent le long des parois latérales de la structure multicouche 14-16 Du fait que des parties de la couche 18 restent également sur les parois latérales de la couche 12, la largeur d'ouverture "t" (figure 1) est légère- ment réduite Du fait que les deux couches 12 et 18 sont très probablement constituées par la même matière, par exem- ple Sio 2, on n'a pas représenté sur la figure 4 une couche 18 séparée sur la paroi latérale de la couche 12. Comme indiqué, la couche 17 est enlevée au cours du traitement d'attaque ionique réactive Si la couche 17 est en une matière autre que Si O 2, par exemple Si 3 N 4 ' on peut l'enlever dans un traitement d'attaque par voie humide séparé. Comme le montre la figure 6, on forme ensuite une couche de silicium polycristallin dopé, 19, sur la quasi- totalité de la structure On peut doper la couche soit au moment de sa formation, pendant un dépôt chimique en phase vapeur, soit par une implantation ultérieure du dopant. Dans cet exemple, on dope la couche avec de l'arsenic(As), et on la dépose jusqu'à une épaisseur d'environ 200 nm par dépôt chimique en phase vapeur classique, à une température d'environ 6000 C Dans le traitement, la couche de Pd 16 à nu de la structure 14-16 réagit avec le silicium polycris- tallin pour former une couche de Pd Si, 20. On attaque ensuite sélectivement cette couche de siliciure, sans attaquer le reste de la couche de silicium polycristallin, 19, oules couches de Si O 2, 15 et 18 comme le montre la figure 7 On peut effectuer ceci en appliquant par exemple un agent d'attaque qui consiste en un mélange de 12 g de I 2 i 50 ml de H 20, 8 g de KI et 25 ml de KOH (solu- tion normale) Dans le dispositif terminé, les parties ainsi séparées de la couche 19 font fonction de contacts avec les régions de source et de drain du transistor Un avantage du processus décrit consiste en ce que les contacts sont automatiquement positionnés de façon correcte ("auto alignés") par rapport aux diverses régions du dispositif La possibilité de courts-circuits source-grille-drain est éga- lement fortement réduite - Ensuite, comme le montre la figure 8, on fait diffuser le As provenant du silicium polycristallin, 19, dans les zones de semiconducteur à nu sousjacentes pour former respectivement des régions de source et de drain 21 et 22 Une étape de chauffage caractéristique correspond à une température de 9500 C pendant environ 30 mn L'oxyde de champ protège contre la diffusion le substrat semiconducteur à l'extérieur de la zone du transistor La profondeur de Jonction finale des régions de source et de drain est éta- blie après tous les traitements thermiques ultérieurs. On forme ensuite un motif dans la couche de sili- cium polycristallin 19, par photolithographie classique, comme le montre la vue de dessus de la figure 9 Le motif final de la couche de silicium plycristallin s'étend au-dessus des parties d'oxyde de champ adjacentes aux régions de source et de drain, et il enferme également les régions de source et de drain pour les protéger des conta- minants On convertit ensuite la couche de silicium poly- cristallin 19 en une couche de siliciure ( 26 sur la figure ) en déposant un métal, tel que du cobalt, et en chauf- fant Une étape de chauffage caractéristique correspond à une température de 450 C pendant 30 mn dans H 2, suivie par un chauffage à 9000 C pendant 30 Omn dans Ar avec 2 % de 02 La couche de siliciure a la même configuration géométrique que la couche polycristalline Si on le désire, on peut former la couche de siliciure avant de former un motif dans le métal. L'utilisation de la couche de siliciure, 26, diminue la résistance série entre les contacts avec les régions de source et de drain et avec le canal, du fait que la couche 26 est formée exactement au-dessus de la couche d'oxyde de grille 13, et aussi près que possible des bords du canal Bien que la totalité de la couche de silicium polycristallin 19 soit convertie en siliciure dans cet exem- ple, il est possible de ne convertir qu'une partie de l'épaisseur de la couche, de façon à laisser une structure multicouche de silicium polycristallin/siliciure Dans un cas comme dans l'autre, les dimensions verticales des régions de source et de drain ne sont pas réduites par conversion de parties de surface du substrat de silicium 10 en un siliciure Si une telle réduction se produit, elle augmente la résistance série du dispositif En outre, on peut optimiser la résistance série entre la source et le drain et le canal en définissant les épaisseurs relatives des couches de silicium polycristallin et de siliciure, sans avoir à augmenter les profondeurs des jonctions de source et de drain. Dans la séquence d'étapes finale, correspondant à 1-5 la représentation de la figure 10, on recouvre le dispositif d'une couche 23, par exemple en verre dopé au phosphore, et on ouvre dans cette couche des fenêtres 32 et 33, par photo- lithographie classique, pour mettre à nu des parties de la couche 26 On forme des contacts avec la source et le drain à travers la couche de siliciure 26, en déposant dans les fenêtres un métal de contact, 24 et 25, tel que de l'alumi- nium On forme un contact ohmique sur les parties d'oxyde de champ plutôt que directement sur les régions de source et de drain Cette caractéristique procure plusieurs avantages. Premièrement, elle permet de donner une dimension faible (ne dépassant pas de préférence 0,5 jim) aux zones de contact de source et de drain 30 et 31, en siliciure, du fait qu'il n'est pas nécessaire que les fenêtres de contact en aluminium 32 et 33, soient alignées avec ces zones Secondement, elle élimine les problèmes de formation d'excroissances produisant des courts-circuits entre l'aluminium et le substrat en sili- cium En outre, elle simplifie également l'attaque, du fait que les contacts 24 et 25 avec la source et le drain sont approximativement à la même hauteur que le contact avec l'électrode de grille (non représentée) Ceci élimine des problèmes d'augmentation de taille de fenêtre qui peuvent par ailleurs se produire pour des fenêtres relatives à des électrodes de grille qui sont exposées à une attaque excessi- ve pendant la poursuite de l'attaque des fenêtres relatives à la source et au drain Un débordement de la couche 26 autour de la fenêtre n'est pas nécessaire du fait que, même avec un défaut d'alignement, il n'y a qu'un très faible excès d'attaque nécessaire lorsque toutes les profondeurs de fenê- tre sont les mêmes Bien que les contacts de métal 24 et 25 soient représentés avec une configuration dans laquelle ils débordent par rapport aux fenêtres de contact 32 et 33, ce débordement n'est pas non plus obligatoire On peut donc réduire l'aire nécessaire à la réalisation du dispositif. Enfin, le fait de former les contacts au-dessus de l'oxyde de champ réduit la profondeur des fenêtres 32 et 33 et amé- liore donc la couverture de marche de l'aluminium. Plusieurs modifications de l'invention sont possi- bles Par exemple, bien qu'on ait représenté un dispositif à mode d'enrichissement, l'invention est applicable à tous les types de transistors à effet de champ Bien que dans l'exem- ple ci-dessus, on effectue un enlèvement auto-aligné du silicium polycristallin au-dessus de la grille en formant initialement un motif dans une structure à plusieurs niveaux, on peut également employer d'autres procédés On pourrait par exemple définir une grille en silicium polycristallin d'une manière classique et, -après la formation de l'oxyde de paroi latérale, on pourrait placer ou déposer sélectivement un métal de formation de siliciure, par dépôt chimique en phase vapeur sur l'électrode de grille On pourrait ensuite déposer la couche de silicium polycristallin 19 et former le siliciu- re comme précédemment Ainsi, dans les revendications anne- xées, sauf mention contraire, la formation d'une structure à plusieurs niveaux comprenant un métal de formation d'un sili- ciure n'est pas imposée avant l'accomplissement d'autres opérations indiquées Outre le palladium, les métaux utilisa- bles pour la formation d'un siliciure comprennent le nickel, le tungstène et le tantale. Il va de soi que de nombreuses autres modifications peuvent être apportées au dispositif et au procédé décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication d'un transistor à effet de champ comprenant des régions de source et de drain for- mées dans la surface d'un substrat semiconducteur, avec une région de canal entre elles, caractérisé par les opérations suivantes: on forme sur la région de canal une structure à plusieurs niveaux comprenant des couches successives d'un métal d'électrode de grille ( 14), d'un premier isolant ( 15) et d'un métal de formation d'un siliciure ( 16); on forme un second isolant ( 18) le long des bords de cette structure multicouche; on dépose une couche ( 19) de silicium poly- cristallin sur la quasi-totalité de la zone du transistor on fait réagir le métal de formation d'un siliciure ( 16) avec le silicium polycristallin pour former un siliciure de métal ( 20) sur la structure multicouche; et on attaque sélectivement le siliciure de métal sans affecter le premier ou le second isolant, ou la couche de silicium polycristallin restante. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les opérations qui consistent à convertir au moins une partie de l'épaisseur de la couche de silicium polycristallin restante ( 19) en une seconde cou- che de siliciure ( 26) et à établir un contact ohmique avec cette dernière en plaçant un métal de contact ( 24, 25) sur une partie de cette couche. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on forme la couche de silicium polycristallin ( 19) sur une troisième couche isolante ( 11) qui comprend des parties épaisses ( 12) et minces ( 13), et on forme un contact ohmique avec la couche de siliciure résultante sur les parties épaisses de l'isolant, dans une zone distante des régions de source ( 21) et de drain ( 22). 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on ne convertit que partiellement la couche de silicium polycristallin en siliciure. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le métal d'électrode de grille ( 14) consiste en sili- cium polycristallin, le premier isolant ( 15) consiste en dioxyde de silicium, et le métal de formation d'un siliciure ( 16) consiste en palladium. 6 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on forme le contact ohmique avec la couche de siliciure ( 26) au moyen d'un métal ( 24, 25) qui consiste en aluminium. 7 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la seconde couche de siliciure ( 26) vient en contact avec les régions de source et de drain à travers des ouvertu- res ( 30, 31) dans les parties minces du troisième isolant ( 13) qui ont une dimension dans la direction de conduction du courant qui ne dépasse pas 0,5 pm. 8 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on forme le second isolant ( 18) le long des bords laté- raux de la structure multicouche en déposant une couche de dioxyde de silicium sur le transistor et en attaquant la couche de façon anisotrope. 9 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de silicium polycristallin ( 19) comprend des impuretés qu'on fait diffuser dans le semiconducteur pour former les régions de source et de drain.