Brevet FR2589280A1 — publié le 19870430

A. TRANSISTOR A BASE PERMEABLE ET PROCEDES DE FABRICATION La présente invention concerne le domaine des composants semiconducteurs discrets ou intégrés et plus particulièrement les transistors dits a base perméable qui sont des transistors a haute rapidité et qui permettent de traiter des puissances relativement importantes. De façon générale, les transistors a base perméable sont des transistors de type vertical qui comprennent, sur un substrat semiconducteur, une grille et une deuxième couche, ou couche supérieure, semiconductrice. Les deux faces du dispositif sont recouvertes de métallisations et une connexion est prévue sur la grille. Ces transistors peuvent être normalement passants ou nor- malement bloqués selon que les deux couches de silicium (le substrat et la couche supérieure) ont une largeur de zone désertée plus petite ou plus grande, respectivement, que la largeur d'espacement de grille. La conduction ou la non-conduction du transistor est assurée par l'effet de pincement des lignes de champ produit par la polarisation appliquée sur la grille. Un inconvénient notable de ce type de transistor est que, l l'ouverture, il faut appliquer des puissances importantes sur la grille pour interrompre le courant circulant dans le tran- sistor, notamment a cause des courants de fuite des jonctions métalsemiconducteur. Un autre inconvénient réside dans la grande difficulté de réalisation de la grille, c'est-à-dire des jonctions métal- semiconducteur, due aux problèmes métallurgiques (diffusion, eutectique,.. .). Un objet principal de la présente invention est de prévoir un transistor a base perméable évitant les inconvénients des dispositifs de l'art antérieur. Pour atteindre cet objet ainsi que d'autres, la présente invention prévoit un transistor à base perméable dont la grille est isolée sur ses faces supérieure et inférieure, ce qui évite la consommation de courant de grille et les problèmes métallurgiques. La grille peut être constituée d'un siliciure métal- lique, de préférence réfractaire, tel que WSi2, TiSi2, MoSi2, CoSi2. Les faces latérales de cette grille peuvent ou bien être en contact direct avec le silicium de la couche supérieure, on obtient alors un contact Schottky, ou bien encore ces faces latérales peuvent être isolées. Ainsi, la présente invention prévoit un transistor a base perméable comprenant successivement un substrat semiconduc- teur d'un type de conductivité, une grille en un siliciure métal- lique isolée sur ses deux faces inférieure et supérieure et une couche semiconductrice supérieure du même type de conductivité. De préférence, le semiconducteur est du silicium et l'isolement de grille est constitué d'oxyde de silicium (SiO2) et/ou de nitrure de silicium (Si3N4). La présente invention vise également des procédés de fabrication de ces transistors qui seront exposés plus en détail ci-après. Les objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement a la lecture de la descrip- tion suivante faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: les figures 1A, lB, 1C et 1D sont des vues en coupe représentant des étapes successives de fabrication d'un transistor a base perméable selon un premier mode de réalisation de la présente invention; les figures 2A, 2B, 2C et 2D sont des vues en coupe représentant des étapes successives de fabrication d'un transistor à base perméable selon un second mode de fabrication de la présente invention. Comme cela est usuel dans le domaine de la reprd- sentation des semiconducteurs, on notera que les épaisseurs et les dimensions latérales des diverses couches dans les figures ne sont pas tracées a l'échelle mais sont arbitrairement agrandies les unes par rapport aux autres pour faciliter la lisibilité des figures. De même, les figures représentent des parties de disposi- 25892do tifs qui seront généralement fabriquées par lots sur des tranches de grande dimension contenant une multitude de structures iden- tiques répétées ou bien encore divers dispositifs dont certains du type décrit pour constituer des circuits intégrés. Un premier mode de réalisation d'un transistor à base permeable selon la présente invention va itre décrit en relation avec son procèdé de fabrication illustrA aux figures lA 9 1D. La figure lA représente une étape initiale de fabrica- tion dans laquelle on forme sur un substrat semiconducteur 1 de silicium une couche 2 d'oxyde de silicium (SiO2) puis une couche 3 de siliciure métallique, par exemple du WSi2. La couche 2 de SiO2 est de préférence formée par oxydation thermique et peut avoir une épaisseur de l'ordre de 10 1 100 nm. La couche 3 de WSi2 est par exemple formée par pulvérisation cathodique et peut avoir une épaisseur de l'ordre de 100 à 200 nm. Ensuite, comme le représenite la figure IB, on forme sur la couche 3 de WSi2 une deuxième couche d'oxyde de silicium 4, de préférence par oxydation thermique selon une épaisseur de 10 a 100 nm. Apres quoi, comme le représente la figure 1C, des fenêtres sont ouvertes dans l'ensemble des couches 2, 3 et 4 pour fournir une configuration de grille souhaitée, par exemple une configuration en bandes parallèles, l'intervalle entre bandes pouvant être de l'ordre du micromètre et la largeur des bandes de l'ordre de 2 micromètres. Le dispositif est ensuite acheva, comme le représente la figure 1D en formant au-dessus de la grille et dans les ouvertures de cette grille une couche de silicium 5, par exemple par croissance 4pitaxiale ou par d6pOt de silicium amorphe ou polycristallin suivi d'une recristallisation en phase solide ou liquide provoquée, par exemple, par une irradiation au laser ou un recuit rapide. Ensuite, des couches de métallisation 6 et 7 sont formées sur les deux faces du dispositif. Bien entendu, les divers procédés classiques de fabrication de semiconducteurs sont utilises pour établir des contacts avec la grille de WSi2 à partir de la face supérieure, pour assurer un contact ohmique entre les métallisations et les couches de silicium avec lesquelles elles sont en contact, etc.. On obtient ainsi un transistor à base perméable avec un contact de type Schottky entre la base et les zones de silicium disposées dans les ouvertures de la grille. Dans un deuxième mode de réalisation d'un transistor a base perméable selon la présente invention, la grille est complètement isolée du silicium. Les figures 2A a 2D illustrent à titre d'exemple un procèd4 de fabrication d'un transistor à base perméable selon ce deuxième mode de réalisation de l'invention. Pour réaliser cette structure, on part d'un corps semi- conducteur tel que repr4sent4 en figure 1A, sauf que la couche d'oxyde de silicium 2 est remplacée par une couche isolante comprenant, par exemple, une couche mince d'oxyde de silicium (épaisseur de l'ordre du nanomètre) suivie d'une couche de nitrure de silicium. Ensuite, comme le représente la figure 2A, des fenêtres sont ouvertes dans la couche 3 de WSi2 selon la con- figuration de grille souhaitée. Puis, une oxydation thermique est effectuée pour développer une couche d'oxyde de silicium 10 sur les faces supérieure et latérales de la grille 3 de WSi2. On ootera, qu'en raison de la présence du nitrure de silicium, cette oxydation thermique ne se développera pas dans les fenêtres de la grille sur le substrat 1. Une fois obtenue une couche 10 d'oxyde plus épaisse que la partie d'oxyde de silicium de la couche 2, on procède à une attaque sélective du nitrure de silicium suivie d'une attaque de l'oxyde de silicium pour enlever complètement la couche isolante au-dessus du substrat 1 dans les ouvertures de la grille tout en laissant en place une partie de la couche d'oxyde de silicium 10 sur les faces supérieure et latérale de la grille de WSi2. On obtient ainsi une grille complètement isolée repré- sentée en figure 2C. Après quoi, on procède aux mêmes étapes que celles décrites précédemment en relation avec la figure 1D pour arriver à la structure de la figure 2D. Bien entendu, la présente invention est susceptible de nombreuses variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art qui pourra conmbiner la structure décrite ci-dessus, ainsi que les étapes de procédés selon la présente invention, à diverses structures et étapes classiques pour modifier cette structure dans des buts particuliers. REVENDICATIONS 1. Transistor a base perméable, caractérisé en ce qu'il comprend successivement: un substrat semiconducteur (1) d'un type de conduc- tivité, une grille en un siliciure métallique (3) isolée sur ses deux faces inférieure et supérieure, et une couche semiconductrice (5) du mame type de conduc- tivité. 2. Transistor selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'isolement de la grille de siliciure métallique comporte une couche d'oxyde de silicium (SiO2) ou une couche de nitrure de silicium (Si3N4). 3. Transistor selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la grille est constituée d'un siliciure choisi dans le groupe comprenant le siliciure de tungstène (WSi2), le siliciure de titane (TiSi2), le siliciure de molybdène (MoSi2) et le siliciure de cobalt (CoSi2). 4. Transistor selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, caracterisé en ce que les faces latérales de la grille sont également isolées. 5. Procédé de fabrication d'un transistor à base perméable selon la revendication 1 a partir d'un substrat de sili- cium, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes: oxyder la surface du substrat de silicium (1), pour former une première couche d'oxyde de silicium (2), - former sur la couche d'oxyde (2) une couche 'd'un siliciure (3), - oxyder la surface supérieure de la couche de siliciure (3), pour former une seconde couche d'oxyde de silicium (4), ouvrir des fenêtres selon la configuration de grille souhaitée dans l'ensemble de la première couche d'oxyde de sili- cium, de la couche de siliciure et de la deuxième couche d'oxyde de silicium, - former une deuxième couche de silicium (5) au-dessus de la grille et dans les fenêtres ouvertes dans cette grille. 6. Procédé de fabrication d'un transistor à base permeable selon la revendication 4 a partir d'un substrat de sili- cium, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes: former une couche isolante sur la surface du substrat de silicium, former et ouvrir selon une configuration de grille souhaitée une couche d'un siliciure métallique, - oxyder thermiquement le siliciure métallique pour former une seconde couche isolante d'oxyde de silicium sur la sur- face et les faces latérales de la couche de siliciure, - attaquer la première couche isolante dans les ouver- tures de la grille en laissant en place au moins en partie la seconde couche isolante, - former au-dessus de la grille et dans les ouvertures de cette grille une deuxième couche de silicium. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la première couche isolante comprend une couche de nitrure de silicium. 8. Procédé selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que la deuxième couche de silicium est formée par épitaxie.