Brevet FR2548453A1 — publié le 19850104

PROCEDE DE FABRICATION D'UN TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP A JONCTION VERTICAL HAUTE FREQUENCE. La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un transistor à effet de champ vertical à jonction haute fréquence Elle concerne plus particulièrement un transistor de ce type comprenant une grille constituée de doigts parallèles 5 du second type de conductivité enterrés sous la surface supérieure d'un substrat du premier type de conductivité La surface supérieure du substrat est solidaire d'une électrode de source La surface inférieure est solidaire d'une électrode de drain et un contact de grille est prévu aux extrémités des doigts ou barreaux 10 enterrés. Les premiers transistors à effet de champ à jonction verticaux ont, à la connaissance de la demanderesse, été décrits dans le brevet français n 1 163 241, déposé le 10 décembre 1956 par Stanislas Teszner Depuis cette première description d'un 15 transistor à effet de champ vertical, de nombreuses structures ont été décrites pour permettre la miniaturisation des transistors à effet de champ verticaux et/ou la diminution de la résistance d'accès à la grille. Un objet de la présente invention est de prévoir un 20 procédé de fabrication permettant d'atteindre une structure particulièrement miniaturisée tout en évitant le recours à des étapes ayant lieu à température elevee de façon à éviter une extension par diffusion des zones de grille enterrées. Pour atteindre cet objet ainsi que d'autres, la présente 25 invention prévoit un procédé de fabrication d'un transistor à effet de champ à jonction vertical haute fréquence comprenant une grille enterrée constituée de barreaux parallèles comportant les étapes consistant à: déposer successivement sur un substrat de silicium d'un premier type de conductivité des couches de silice 30 d'une première épaisseur, de nitrure de silicium et de résine, et attaquer successivement ces couches selon un motif de barres parallèles; implanter un dopant du second type de conductivité masqué par les trois couches ci-dessus avec une énergie telle qu'il soit implanté à une certaine profondeur dans le substrat, puis enlever la résine; faire croître à basse température, par exemple sous haute pression, une couche d'oxyde sur le silicium à 5 nu, cette couche d'oxyde ayant une deuxième épaisseur plus importante que la première et venant contacter la zone implantée; mettre à nu les extrémités du barreau du second type de conductivité, enlever le nitrure de silicium et attaquer l'oxyde de silicium sur une épaisseur correspondant à la première 10 épaisseur; déposer une couche de silicium polycristallin et séparer cette couche en deux zones dont l'une; en contact avec les zones du substrat du premier type de conductivité, est dopée selon ce premier type de conductivité, et l'autre, en contact avec les extrémités des barreaux du second type de conductivité est dopée 15 selon ce second type de conductivité. D'autres aspects de la présente invention résident dans la façon dont la couche de silicium polycristallin est divisée en deux zones et dans la façon dont le contact de grille est pris avec les extrémités des barreaux implantés Ces autres aspects de 20 l'invention seront exposés dans la description ci-après de modes de réalisation particuliers de l'invention. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposes ci-après de façon détaillée en relation avec des modes de réalisation particuliers 25 dans la description suivante faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: les figures 1 à 4 sont des vues en coupe selon un plan perpendiculaire aux barreaux de grille enterrés illustrant des étapes successives de fabrication d'un transistor à effet de champ 30 à jonction selon la présente invention, la figure 5 représente une vue de dessus partiellement écorchée d'une structure obtenue par le procédé selon la présente invention, les figures 6 1 à 6 5 et 7 1 à 7 5 sont des vues en 35 coupe selon un plan parallèle à la direction générale des barreaux aux extrémités de ces barreaux, respectivement à l'intérieur d'un barreau et entre deux barreaux. Les figures ont seulement pour but d'appuyer la description et ne sont à l'échelle ni dans leurs dimensions verticales, ni dans leurs dimensions horizontales De même, aucune échelle n'est respectée d'un ensemble de figures à un autre. Dans la description suivante, on considérera un substrat de silicium de type N dans lequel on forme une grille enterrée de type P+ Néanmoins, ce qui importe est que les barreaux soient du type de conductivité opposé à celui du substrat, celui-ci pouvant 10 être de type P et les barreaux de type N+. La figure 1 représente une vue en coupe d'une structure selon la présente invention selon un plan perpendiculaire à des doigts ou barreaux de grille à former La figure 1 représente la structure de départ constituée d'un substrat 1 de silicium de type 15 N revêtu d'une couche mince 2 de silice, elle-même revêtue d'une couche 3 de nitrure de silicium La couche de silice présente par exemple une épaisseur de l'ordre de quelques centaines d'angstroems et la couche de nitrure de silicium une épaisseur de l'ordre de 500 à 1500 angstroems. Comme le représente la figure 2, cette structure est ensuite revêtue d'une couche de résine 4 ouverte en des emplacements 5 disposés selon des barres parallèles A partir des ouvertures dans la couche de résine 4, on creuse des ouvertures correspondantes dans la couche de nitrure de silicium 3 et dans la 25 couche mince de silice 2 et l'on procède à une implantation d'ions dopants de type P de façon à obtenir des zones implantées 6 de type P+ Cette implantation est réalisée à forte énergie de façon que les zones implantées 6 se trouvent à une certaine profondeur en-dessous de la surface du silicium, par exemple de 0,3 à 0,5 30 microns. Comme le représente la figure 3, on enlève alors la couche de résine 4 et l'on procède à une étape d'oxydation Selon une caractéristique importante de la présente invention, cette étape d'oxydation doit s'effectuer sous haute pression pour 35 pouvoir être réalisée à une faible température de l'ordre de 500 à 700 C Au cours de cette étape, les zones correspondant aux ouver- tures 5 sont oxydées alors que les zones se trouvant sous les portions de la couche de nitrure 3 restant en place sont protégées de toute oxydation Ainsi, après cette étape, on obtient des barreaux enterrés 6 dopes de type P+ parallèles les uns aux autres, chaque 5 barreau implanté étant recouvert d'un barreau correspondant d'oxyde de silicium 7 Cette étape d'oxydation est mise en oeuvre de façon que l'épaisseur du barreau d'oxyde 7 soit nettement supérieure à l'épaisseur de la couche mince d'oxyde 2 et que ce barreau d'oxyde vienne en contact avec le barreau enterré 6 de 10 type P+ A titre d'exemple numérique, la profondeur du barreau d'oxyde en-dessous de la surface du substrat de silicium peut être de l'ordre de 0,3 micron, l'épaisseur totale de ce barreau d'oxyde étant de l'ordre de 0,6 micron; les ouvertures 5 pouvant avoir une largeur de l'ordre du micron et être disposées à un pas 15 pouvant descendre jusqu'à environ 3 microns. Ensuite, comme le représente la figure 4, on procède à l'enlèvement de la couche de nitrure 3 (cette étape se faisant à travers un masque maintenant le nitrure au-dessus des extrémités des barreaux comme cela sera exposé ci-après), puis à l'enlèvement 20 de la couche d'oxyde mince 2 Cet enlèvement est effectué par exemple par une attaque chimique de durée suffisante pour enlever la couche d'oxyde mince 2 en n'enlevant qu'une partie de l'épaisseur des barreaux d'oxyde 7 Après ces étapes, on trouve en vue de dessus, des barreaux d'oxyde séparés entre eux par des sur25 faces apparentes de silicium de type N à nu On dépose alors une couche de silicium polycristallin 8 qui sera dopée de type N+ pour assurer l'ohmicité du contact avec le substrat de type N L'un des int 6 rêts qu'il y a à prévoir cette couche de silicium de type N+ pour prendre le contact plut 8 t que d'effectuer un dép 8 t direct 30 de m 6 tallisation réside dans le fait que, si l'on déposait une métallisation, il conviendrait de surdoper superficiellement le substrat de type N et donc de perdre en partie l'avantage de l'enfoncement des barreaux de type P+. La figure 5 représente une vue de dessus du dispositif 35 selon la présente invention à un état pratiquement final de fabrication Les références qui y apparaissent sont celles déjà contenues dans les figures 1 à 4 précédemment décrites et celles qui seront indiquées ci-après au cours de la description des figures 6 1 à 6 5 et 7 1 à 7 5 Pour l'instant, cette figure est mentionnée uniquement pour indiquer les divers plans de coupe correspondant aux autres figures. Les figures 1 à 4 précédemment décrites correspondent à une coupe A-A selon un plan perpendiculaire au substrat et à la direction générale des barreaux. Les figures 6 1 à 6 5 correspondent à la coupe B-B, 10 c'est-à-dire une coupe effectuée dans une zone d'extrémité de barreau, perpendiculairement au plan du substrat et parallèlement à la direction générale des barreaux, tandis que la coupe C-C qui correspond aux figures 7 1 à 7 5 est prise selon un plan parallèle à celui de la coupe B-B, mais entre deux barreaux. A l'étape illustrée dans les figures 6 1 et 7 1, on part de l'état de la structure illustré en figure 4, mais avant le dépôt de la couche de silicium polycristallin 8 La couche de nitrure de silicium 3 a été enlevée à l'aide d'un masque laissant en place cette couche de nitrure de silicium à la périphérie La 20 limite de ce masque est illustrée par la référence 100 en figure 5 dans la partie de cette figure on la couche de silicium polycristallin a été enlevée Ce masque 100 est également prévu pour se terminer à cheval sur les barreaux extrêmes 20 et 21. Comme le montre la figure 5, ces barreaux extrêmes peuvent 25 éventuellement être plus larges que les autres pour simplifier les opérations technologiques A partir de cet état, on dépose une couche de résine 10 ouverte selon le contour d'un cadre 11 qui peut se limiter à deux bandes parallèles perpendiculaires à la direction générale des barreaux aux extrémités de ceux-ci Au30 dessus des barreaux, cette ouverture 11 dans la résine débouche sur la couche de silice épaisse en forme de barreau 7 (figure 6 1) et, entre les barreaux, l'ouverture 11 débouche sur la couche de nitrure de silicium 3 (figure 7 1). On procède alors à une attaque par un produit attaquant 35 sélectivement la silice La couche de silice 7 est donc ouverte au-dessus des barreaux 6 de type P+ (figure 6 2) alors qu'aucune attaque ne se produit entre les barreaux (figure 7 2) puisque la couche apparente est alors une couche de nitrure de silicium 3. Les figures 6 2 et 7 2 représentent l'état de la structure après enlèvement de la couche de résine 10. Après ces étapes, on dépose uniformément une couche de silicium polycristallin désignée par la référence 12 en figures 6.3 et 7 3 et précédemment désignée sous la référence 8 en figure 4 Au niveau de l'ouverture 11, cette couche de silicium polycristallin est en contact avec les barreaux 6 de type P+. Après cela, il s'agit de diviser en deux parties la couche de silicium polycristallin 12: une partie centrale correspondant à l'électrode de source 8 et une partie périphérique, ferm 6 e ou non, correspondant à l'électrode de grille et étant dispos 6 e par exemple selon un cadre autour de la partie 15 d'électrode de source Pour ce faire, on dépose sur la structure une couche de nitrure de silicium 13 (éventuellement avec interposition d'une couche mince d'oxyde de silicium) au-dessus de la couche de silicium polycristallin 12 Cette couche de nitrure de silicium est elle-même recouverte d'une couche de résine 14 et 20 l'on ouvre selon une fenêtre périphérique 200 voisine de la frontière de masque 100 précédemment définie, et par exemple à cheval sur cette frontière, les couches de résine et de nitrure de silicium (voir figures 6 4 et 7 4 ainsi que la figure 5 pour la limite du masque 200) On utilise la couche de nitrure de silicium 25 13 pour délimiter une zone d'oxydation de la couche de silicium polycristallin 12 et l'on obtient, comme le représentent les figures 5, 6 5 et 7 5, des zones de silicium polycristallin électriquement séparées 8 et 9, la zone de séparation étant constituée par de l'oxyde de silicium résultant de l'oxydation de 30 silicium polycristallin, cette zone de séparation, délimitée par le masque 200, étant désignée par la référence 15. Après cela, par des masquages complémentaires, on dope respectivement de type N+ et de type P+ les zones de silicium polycristallin 8 et 9 Puis, comme cela est classique, on procède 35 à une oxydation superficielle des couches de silicium polycristallin 8 et 9, à une ouverture de zones de contact, à un dépôt, puis à une ouverture, de métallisation, à un dépôt d'isolant de protection, par exemple de la silice ou du nitrure de silicium, et à l'ouverture de plots de connection. On peut maintenant mieux comprendre la vue de dessus de la figure 5, qui correspond à l'état de la structure après les étapes illustrées en figures 6 5 et 7 5 et dans laquelle la couche de silicium polycristallin supérieure est partiellement écorchée à la partie inférieure gauche de la figure La couche centrale 8 de silicium polycristallin est en contact avec la surface supérieure 10 du substrat 1 et passe sur les barreaux oxydés 7 surmontant les barreaux de grille 6 La couche de silicium polycristallin extérieure 9 séparée de la couche centrale 8 par le cadre oxydé 15 repose sur la couche de nitrure de silicium 3 entre les barreaux et sur les barreaux 6 dopés de type P+ aux emplacements des ouver15 tures 11 vers ces barreaux Bien entendu, cette couche de silicium polycristallin 9 est limitée vers l'extérieur par un masquage adéquat faisant partie du masque 200 intervenant lors de l'étape illustrée en figures 6 5 et 7 5 Etant donné que, dans les 6 tapes ultérieures, on oxyde superficiellement les couches de silicium 20 polycristallin 8 et 9, puis que l'on ménage des contacts pour les métallisations, ces métallisations pourront être dessinées sensiblement indépendamment de la forme des contours des zones de silicium polycristallin On évitera toutefois des configurations tendant à accroître les capacités parasites. Diverses variantes de la présente invention peuvent être prévues Notamment, le masque 5 définissant les barreaux parallèles pourra également comprendre une ouverture en forme de cadre correspondant sensiblement au cadre de silicium polycristallin externe 9 pour augmenter encore la conduction entre 30 les barreaux, mais en fait l'augmentation de conduction est faible par rapport à la complexité que cette opération risque de rajouter pour les alignements de masques successifs De même, au lieu de la zone d'oxyde 15 séparant les parties 8 et 9 de la couche de silicium polycristallin, on pourrait prévoir un enlèvement du silicium 35 polycristallin dans les zones correspondantes, mais dans l'état des techniques de fabrication courante cet autre procédé présente l'inconvénient de provoquer la création de marches qui peuvent être difficiles à franchir pour les métallisations ultérieures. REVENDICATIONS. 1 Procédé de fabrication d'un transistor à effet de champ à jonction vertical haute fréquence comprenant une grille enterrée constituée de barreaux parallèles, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: déposer successivement sur un substrat ( 1) de silicium d'un premier type de conductivité des couches de silice ( 2) d'une première épaisseur, de nitrure de silicium ( 3) et de résine ( 4) et attaquer successivement ces couches selon un motif de barres parallèles; implanter un dopant du second type de conductivité, masqué par les trois couches cidessus, avec une énergie telle que ce dopant soit implanté à une certaine profondeur dans le substrat, et enlever la résine; faire croître une couche d'oxyde de silicium ( 7) à 15 basse température sur le silicium à nu, cette deuxième couche d'oxyde étant plus épaisse que la première et venant contacter les barreaux implantés ( 6) du second type de conductivité; mettre à nu les extrémités des barreaux du second type de conductivité, enlever le nitrure de silicium et attaquer 20 l'oxyde de silicium sur une epaisseur correspondant à la premiere épaisseur; déposer une couche de silicium polycristallin ( 12); séparer cette couche en deux zones ( 8, 9) dont l'une ( 8), en contact avec les zones du premier type de conductivité, 25 est dopée selon le premier type de conductivité, et l'autre ( 9), en contact avec les extrémités des barreaux du second type de conductivité, est dopée du second type de conductivité. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la séparation de la couche de silicium polycristallin en deux 30 zones est assurée en oxydant la zone frontière ( 15) entre les deux zones. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mise à nu des extrémités des barreaux du second type de conductivité est assurée en déposant une couche de résine-( 10) ouverte selon au moins une barre ( 11) perpendiculaire à la direction des barreaux et en soumettant la structure à un produit 5 d'attaque sélective de la silice, les zones entre les barreaux étant alors protégées par la couche de nitrure initiale.