Brevet FR2538169A1 — publié le 19840622

TRANSISTOR MOS A DRAIN ET SOURCE DE TYPE SCHOTTKY ET PROCEDE DE FABRICATION. La présente invention concerne un transistor MOS dans lequel les contacts de drain et de source sont de type Schottky et un procédé de fabrication d'un tel transistor. A l'heure actuelle, on a développé de nombreuses techniques pour diminuer les dimensions de transistors de type MOS classiques dans lesquels les sources et les drains sont constitués de zones diffusées. Dans ces transistors, on cherche à minimiser au maximum les dimensions pour pouvoir fabriquer le plus grand nombre de transistors sur une surface minimale de silicium. On s'aperçoit que des transistors MOS, dans lesquels les drains et les sources correspondraient à des contacts de type Schottky, présentent des intérêts pratiques importants dans certains cas particuliers, notamment dans le cas de structures de type CMOS. Pour de tels transistors, on cherche également à minimiser les dimensions, mais les techniques habituelles d'autoalignement ne peuvent être directement transposées. Un objet de la présente invention est de prévoir un transistor MOS à drain et source Schottky de dimensions miniaturisées dont la résistance d'accès à la grille est réduite. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un procédé de fabrication d'un tel transistor MOS. Un autre objet de la présente invention est de prévoir une application de tels transistors à des structures de type CMOS. Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, la présente invention prévoit un transistor -MOS dans lequel les contacts de drain et de source sont de type Schottky et dans lequel le conducteur de grille est constitué de silicium polycristallin surmonté d'un siliciure du métal à partir duquel sont formés les contacts de Schottky. Un procédé de fabrication d'un transistor du type cidessus comprend les étapes consistant à - former successivement des couches minces de silice et de nitrure de silicium formant ensemble l'isolant de grille, puis une couche de silicium polycristallin et une deuxième couche mince de nitrure de silicium, avec éventuellement une deuxième couche mince de silice sous-jacente - photograver la deuxième couche de nitrure de silicium et la couche de silicium polycristallin selon la configuration de grille choisie ; - oxyder latéralement le silicium polycristallin - éliminer la couche mince de nitrure de silicium apparente et la couche mince de silice sous-jacente - déposer une couche métallique et l'allier au silicium sous-jacent pour former un siliciure - éliminer sélectivement le métal ; et - former une couche d'isolement, l'ouvrir aux emplacements souhaités et former un réseau de métallisation. Ces objets, caractéristiques et avantages de là présente invention ainsi que d'autres seront exposés plus en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles - les figures 1A à 1D représentent des étapes successives de fabrication d'un transistor selon la présente invention, - les figures 2A à 2D représentent des étapes particulières d'application du procédé selon la présente invention à la formation d'une structure de type CMOS, - les figures 3A à 3D illustrent un autre procédé de fabrication d'une structure selon la présente invention. On notera que dans ces diverses figures, ainsi que d'une figure à l'autre, les échelles ne sont pas respectées, mais que les diverses couches sont arbitrairement dilatées ou rétrécies pour faciliter leur lisibilité ou mieux mettre l'accent sur une couche particulière. Les figures 1A à 1E illustrent des étapes du procédé de fabrication selon la présente invention permettant d'obtenir un transistor MOS dans lequel les contacts de drain et de source sont de type Schottky, dans lequel la grille est constituée d'une couche de silicium polycristallin surmontée d'une couche de siliciure du même métal que celui constituant le contact Schottky dans le but d'améliorer sa conductivité. Ce procédBde fabrication permet, comme on le verra, d'autoaligner aussi bien que possible les frontières des régions de drain, de grille et de source, en maintenant une distance de garde aussi faible que possible entre les frontières des régions de grille, d'une part, et de drain et de source, d'autre part. La figure 1A représente un substrat de semiconducteur monocristallin 1, par exemple du silicium de type N, sur lequel on a fait rostre une couche mince de silice 2, elle-même surmontée d'une couche mince de nitrure de silicium 3. Les épaisseurs de ces couches de silice 2 et de nitrure de silicium 3 sont choisies pour former un isolement de grille d'un transistor de type MOS ayant des caractéristiques choisies. Des ordres de grandeur typiques sont une epaisseur de 0,08 micron pour la couche de silice et une épaisseur de 0,07 micron pour la couche de nitrure de silicium. La couche de nitrure de silicium 3 est surmontée d'une couche de silicium polycristallin 4, d'une deuxième couche de silice mince 5 et d'une deuxième couche de nitrure de# silicium mince 6. L'ensemble des couches 4, 5, 6 est découpé selon un motif de grille choisi, par exemple par photogravure. Dans une étape ultérieure, on procède à une oxydation de la structure. Il en résulte une oxydation latérale 7 de la couche de silicium polycristallin 4. On comprend que l'utilité des couches minces de nitrure 3 et 6 était d'éviter que, lors de cette opération d'oxydation, les surfaces supérieures du substrat de silicium 1 et de la couche de silicium polycristallin 4 ne s'oxydent. Des épaisseurs typiques pour les couches de silicium polycristallin 4, de silice 5 et de nitrure de silicium 6, sont respectivement : 0,5 micron, 0,07 micron, 0,07 micron. La couche de silicium polycristallin est par exemple dopée au phosphore avec une concentration de 1020 at./cm3. Comme le montre la figure 1C, on élimine ensuite par attaque sélective la couche de nitrure de silicium 6 et la partie apparente de la couche de nitrure de silicium 3 et une brève attaque sélective permet d'enlever une petite épaisseur de silice de façon à éliminer la couche mince de silice 5 et la partie apparente de la couche mince de silice 2. Une partie notable de la zone d'isolement latéral 7 demeure en place. On dépose ensuite une couche d'un métal 8 propre à former un siliciure de caractéristiques Schottky appropriées avec le silicium, par exemple du platine.Et, par suite d'une étape thermique, on obtient simultanément un siliciure 9 formant un contact Schottky avec le substrat 1 et correspondant par exemple au drain ou à la source du transistor à drain et source Schottky que l'on veut obtenir et un siliciure 10 à la partie supérieure de la couche de grille de silicium polycristallin 4 qui permet de réduire la résistance d'accès de grille. Lors de l'retape illustrée en figure 1E, on élimine, par une attaque chimique selective vis-à-vis du siliciure de platine, la couche 8 de platine restante au-dessus de la zone d'isolement latéral 7 et d'autres emplacements ou elle s'est eventuellement formée. Par ce procédé, la distance d entre la projection sur un même plan de la limite de la zone de drain ou de source 9 et la limite de la zone de grille 4 peut être réduite dans des proportions très grandes et bien déterminées, par exemple à des valeurs de l'ordre de 0,2 à 0,4 micron avec les ordres de grandeur d'épaisseur de couche indiqués precedemment. A la suite de l'étape illustrée en figure 1E, on recouvre la structure d'une couche isolante, par exemple une -couche de nitrure non stoechiométrique SiN déposé sous plasma qui est ouverte aux emplacements ou l'on souhaite prendre des contacts sur les zones de drain, de source et de grille. On réalise une métallisation, par exemple une métallisation TiW-Al. Cette métallisation est découpée selon le motif choisi. Les figures 2A à 2D sont destinées à montrer comment le procédé selon la présente invention s'applique pour permettre de fabriquer de façon simple une structure CMOS. La figure 2A représente une étape de fabrication correspondant à ltétape représentée de façon partielle en figure 1B. On peut y voir un substrat de silicium 20 de type P dans lequel on a formé un caisson 21 de type N dans le but de former directement dans le substrat un transistor MOS à canal N et dans le caisson 21 un transistor MOS à canal P, ces transistors MOS ayant tous deux des contacts de drain et de source de type Schottky. De façon classique, on peut délimiter au préalable par des couches d'oxyde épais 22 les zones dans lesquelles on souhaite former les structures élémentaires et l'on procède ensuite aux premières étapes décrites en relation avec les figures 1A et 1B. On retrouve ainsi dans la figure 2A la couche mince de silice 2, la couche mince de nitrure 3, la zone de silicium polycristallin localisée 4 surmontée d'une couche de silice mince 5 et d'une couche de nitrure mince 6. Les zones localisées de silicium polycristallin 4 sont délimitées Aatéralement par des régions d'isolement 7. Après cela, on élimine les parties apparentes des couches minces de nitrure et de silice 6, 5, 3 et 2. Si lton souhaitait alors former le même siliciure pour les contacts Schottky de drain et de source des transistors MOS à canal N et canal P, on pourrait suivre directement les étapes illustrées précédemment en relation avec les figures 1C à 1E. Mais, en pratique, les barrières de Schottky des siliciures avec un semiconducteur sont différentes selon le type de conductivité du semiconducteur. Pour obtenir des barrières de Schottky du même ordre de grandeur, on est donc amené à former des siliciures distincts sur le silicium de type N et sur le silicium de type P. Dans l'exemple ci-après, on formera du siliciure de platine (FtSi) sur le silicium de type N et du siliciure de titane (TiSi2) sur le silicium de type P. Ainsi, dans l'étape illustrée en figure 2B, on commence par délimiter par une première de couche de résine 23 les zones correspondant au transistor MOS à canal P. Dans ces zones, comme le montre la figure, on forme un transistor MOS selon la présente invention en suivant les mêmes étapes que celles illustrées en figures 1C à 1E. Après cela, comme cela est illustré en figure 2C, on masque complémentairement les parties déjà traitées et l'on forme, à partir d'une couche de titane, des zones de siliciure de titane (TiSi2) selon le procédé illustré en figures 1C à 1E. Après quoi, comme le représente la figure 2D, on dépose sur la surface de la tranche semiconductrice une couche d'isolant 25, par exemple un nitrure non stoechiométrique SiN, cette couche 25 est ouverte en des emplacements choisis et l'on forme un réseau de métallisations 26, par exemple à partir d'une combinaison métallique TiW-Al. Le procédé précédemment décrit présente l'avantage d'une grande simplicité de fabrication. Toutefois, dans certains cas, il n'existe pas de produit- d'attaque nettement sélectif entre un métal et un siliciure de ce métal. Le couple titane-siliciure de titane est un exemple de couple pour lequel il n'est pas aise de trouver un produit d'attaque nettement sélectif. Dans le cas d'un tel couple, pour localiser automatiquement les contacts Schottky par rapport à la grille, on pourra par exemple utiliser le procédé illustré en relation avec les figures 3A à 3D. Dans ces figures, on n'a pas représenté de couches minces de nitrure de silicium correspondant aux couches minces 3 et 6 de la figure 1A car ces couches de nitrure de silicium ne sont pas indispensables à la réalisation du procédé. Néanmoins, elles pourront quand même être prévues si l'on cherche à réaliser le procédé selon la figure 3A sur une structure comprenant également des composants réalisés par le procédé décrit précédemment. En figure 3A,- on peut voir sur -un substrat de silicium 1 une zone de grille comprenant successivement une couche mince de silice 30 surmontée d'une couche de silicium polycristallin 31 divisée en deux parties, une partie inférieure 32 et une partie supérieure 33, la partie inférieure étant plus fortement dopée que la partie supérieure. Une couche de silice 34 est représentée à la surface supérieure de la structure et correspond à la couche ayant servi de masque de délimitation de la zone de grille.Du fait que la couche de silicium polycristallin n'est pas uniformément dopée, on sait qu'il est possible d'utiliser les produits d'attaque chimique attaquant plus rapidement le silicium fortement dopé que le silicium peu dopé et l'on peut obtenir un contour en surplomb, par exemple tel que représenté en figure 3A pour la frontière latérale de la couche de silicium polycristallin. Ensuite, après enlèvement de la couche de silice 34, on dépose, par exemple en phase vapeur a basse pression, du nitrure de silicium 35 qui, comme cela est représenté en figure 3B, vient adhérer à la surface existante même dans les parties en creux sous le surplomb.Après cela, on procède à une attaque sélective par implantation verticale du nitrure de silicium, ce qui permet d'enlever une épaisseur sensiblement constante de nitrure de silicium-et d'éliminer la couche de nitrure dans ses parties horizontales tout en laissant en place la partie 36 de la couche de nitrure de silicium correspondant a la zone de surplomb précédemment décrite, comme cela est représenté schématiquement en figure 3C. Après cette étape, on peut déposer par pulverisation cathodique une couche de titane à la surface de la structure. La pulvérisation cathodique conduisant à un dépôt relativement directif, il ne se déposera pas de titane dans la zone correspondant au surplomb. Si l'on procède ensuite a un alliage pour former du siliciure de titane, on obtient une structure du type de celle représentée en figure 3D où l'on peut voir, outre les couches précédemment décrites, une couche de siliciure de titane 37 audessus de la couche de silicium polycristallin de grille qui est maintenant sensiblement uniformément dopée par suite de la diffusion liée aux étapes thermiques, et une couche de siliciure de titane 38 correspondant aux contacts Schottky de source ou de drain. Eventuellement, restent en place des portions de titane métallique 38 et 39, comme cela est représenté sur la figure, mais ces portions de titane ne gênent pas le fonctionnement du dis#positif et, généralement, elles seront encore plus réduites que représenté en raison d'un effet d'aspiration se produisant lors de la formation du siliciure. On pourra essayer de les attaquer sélectivement ou les laisser en place. Bien entendu, en dehors des zones où l'on a souhaité mettre en oeuvre le procédé illustré, des couches protectrices de résine auront été prévues et~le titane déposé sur ces couches s'enlèvera par le procédé bien connu de lift-off quand on éliminera la résine. Le procédé illustre en relation avec les figures 3 permet, comme le procédé illustré en relation avec les figures 1, de sélectionner et de réduire à une valeur minimale la distance d entre la source ou le drain, d'une part, et la grille, d'autre part. Cette distance d pourra avoir une valeur de quelques dixièmes de micron. REVENDICATIONS. 1. Transistor MOS à contact de drain et de source de type Schottky, caractérisé en ce que le conducteur de grille est constitué de silicium polycristallin (4) surmonté d'un siliciure (10) du métal constituant les contacts Schottky. 2. Procédé de fabrication d'un transistor selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes a) former successivement des couches minces de silice (2) et de nitrure de silicium (3) formant ensemble l'isolant de grille, puis une couche de silicium polycristallin (4) et une deuxième couche mince de nitrure de silicium (6), avec éventuellement une deuxième couche mince de silice (5) sousjacente b) photograver la deuxième couche de nitrure de silicium et la couche de silicium polycristallin selon la configuration de grille choisie ; c) oxyder latéralement le silicium polycristallin ; d) éliminer la couche mince de nitrure de silicium apparente et la couche mince de silice sous-jacente ; ; e) déposer une couche métallique (8) et l'allier au silicium sous-jacent pour former un siliciure (9, 10) f) éliminer sélectivement le métal et g) former une couche d'isolement (25), l'ouvrir aux emplacements souhaités et former un réseau de métallisations (26). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le métal dont le siliciure forme les contacts Schottky est du platine. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le métal dont le siliciure forme les contacts Schottky est du titane. 5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche d'isolement énoncée à l'étape g) est du SiN. 6. Transistor MOS selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est inclus dans des structures de type CMOS.