Brevet FR2613537A1 — publié le 19881007

TRANSISTOR A BASE PERMéABLE ET PROCEDE DE FABRICATION La présente invention concerne de nouvelles structures de transistors à base perméable et leur procédé de fabrication. Avec l'avénement récent des transistors à base perméable, à base en forme de grille métallique, ayant des structures telles que représentées en figure 1, comprenant un corps semiconducteur 1 à l'intérieur duquel est formée une grille 2 munie d'ouvertures et dont les faces opposées comprennent respectivement une électrode d'émetteur 3 et une électrode de collecteur 4 on arrive à une structure dont le fonctionnement théorique peut s'expliquer de façon très analogue à celui d'un tube électronique et dont les caractéristiques sont du type triode présentant notamment l'inconvénient d'une impédance de sortie faible. Ainsi, on est tenté de se dire que si l'on formait une deuxième grille, on pourrait au lieu d'avoir un composant du type triode, avoir un composant du type pentode. On peut donc chercher à obtenir un composant tel qu'illustré très schématiquement en figure 2 comprenant à l'intérieur d'un corps semiconducteur 1 une première grille 2 et une deuxième grille 5. Ainsi, le courant entre les électrodes d'émetteur et de collecteur 3 et 4 pourrait être contrôlé à la façon d'une pentode. Néanmoins, de tels dispositifs n1 ont pas été fabriqués en pratique à défaut de technique satisfaisante pour y parvenir. En effet, dans un tube électronique telle qu'une pentode, les grilles sont constituées de treillis métallique et il n'y pas besoin qu'il y ait de correspondance entre les mailles des diverses grilles.Par contre, étant donné les dimensions en cause dans une structure de transistor à base perméable, pour arriver à obtenir un transistor du type pentode, il est nécessaire que les ouvertures des première et deuxième grilles soient en alignement en projection verticale. Un aspect de la présente invention est d'avoir posé le problème énoncé ci-dessus et de prévoir un procédé de fabrication de transistor permettant d'atteindre ce résultat. Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, la présente invention prévoit un transistor à base perméable comprenant; enterrées dans un monocristal de silicium, une première grille formée d'un sandwich isolant/conducteur/isolant et une deuxième grille de même structure que la première, accolée à celle-ci, et dont les ouvertures sont alignées avec celles de la première grille. Selon un aspect de la présente invention, celle-ci prévoit un procédé de fabrication d'un transistor à effet de champ à partir d'un substrat de silicium monocristallin, comprenant les étapes successives suivantes : oxyder la surface du substrat du silicium pour former une première couche d'oxyde de silicium former sur la couche d'oxyde une couche d'un siliciure métallique réfractaire , oxyder la surface supérieure de la couche de silic-iure pour former une seconde couche d'oxyde de silicium ; former sur la seconde couche d'oxyde de silicium une seconde couche d'un siliciure métallique réfractaire , oxyder la surface supérieure de la seconde couche de siliciure pour former une troisième couche d'oxyde de silicium ; ouvrir des fenêtres selon la configuration de grilles souhaitées dans l'ensemble de la première couche d'oxyde de silicium, de la première couche de siliciure, de la deuxième couche d'oxyde de silicium, de la deuxième couche de siliciure et de la troisième couche d'oxyde de silicium ; former par épitaxie une deuxième couche de silicium monocristallin audessus de la grille et dans les fenêtres ouvertes dans cette grille. Selon un autre aspect de la présente invention, celle-ci prévoit un procédé de fabrication d'un transistor à effet de champ à partir d'un substrat de silicium comprenant les étapes successives suivantes : oxyder la surface du substrat de silicium pour former une première couche d'oxyde de silicium ; former sur la première couche d'oxyde une couche d'un siliciure métallique réfractaire ; oxyder la surface supérieure de la couche de siliciure pour former une seconde couche d'oxyde de silicium ; former sur la seconde couche d'oxyde de silicium une seconde couche d'un siliciure métallique réfractaire ; ouvrir selon une configuration de grilles souhaitée les couches de siliciure et la seconde d'oxyde ; oxyder le siliciure métallique pour former une troisième couche isolante d'oxyde de silicium sur la surface de la seconde couche de siliciure et les faces latérales des première et seconde couches de siliciure ; attaquer la première couche d'oxyde thermique dans les ouvertures des grilles en laissant en place au moins en partie la troisième couche d'oxyde thermique , former par épitaxie au dessus des grilles et dans les ouvertures de ces grilles une deuxième couche de silicium. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles la figure 1 représente une structure de transistor à base perméable décrite ci-dessus la figure 2 représente très schématiquement une structure de transistor à base perméable à double grille décrite cidessus les figures 3A à 3D représentent des étapes successives de fabrication d'un transistor à double grille selon la présente invention. Comme cela est usuel dans le domaine de la représentation des semiconducteurs, on notera que les épaisseurs et les dimensions latérales des diverses couches dans les figures ne sont pas tracées à 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 dispositifs qui seront généralement fabriqués par lots sur des tranches de grande dimension contenant une multitude de structures identiques 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 effet de champ à double grille selon la présente invention va êtrU décrit en relation avec son procédé de fabrication illustré aux figures 3A à 3D. La figure 3A représente une étape initiale de fabrication dans laquelle on forme, sur un substrat semiconducteur 11 de silicium, une couche 12 d'oxyde de silicium (SiO2) puis une couche 13 d'un siliciure métallique réfractaire, par exemple, du WSi2. La couche 12 de SiO2 est formée, par exemple, par oxydation thermique et peut avoir une épaisseur de l'ordre de 10 à 100 nm. La couche 13 de WSi2 est par exemple formée par pulvérisation cathodique et peut avoir une épaisseur de l'ordre de 30 à 200 nm. Ensuite, comme le représente la figure 3B, on forme sur la couche 13 de WSi2 une deuxième couche d'oxyde de silicium 14, par exemple, par oxydation thermique selon une épaisseur de 10 à 100 nm. Pour faciliter la formation de cette deuxième couche, le siliciure de tungstène est de préférence sur-stoechiométrique, par exemple, WSi2,3. Sur cette deuxième couche d'oxyde de silicium 14 est déposée une deuxième couche de siliciure métallique réfractaire 15 analogue à la couche 13. Cette couche 15 est ensuite oxydée thermiquement, par exemple, pour former une couche d'oxyde 16 analogue aux couches d'oxyde 12 et 14. Après quoi, comme le représente la figure 3C, des fenêtres sont ouvertes dans l'ensemble des couches 12 à 16 pour fournir une configuration de double grille souhaitée, par exemple une configuration en bandes parallèles, l'intervalle entre bandes pouvant être de l'ordre du micromètre ou moins et la largeur des bandes de l'ordre de 2 micromètres ou moins. Le dispositif est ensuite achevé, comme le représente la figure 3D en formant audessus des grilles et dans les ouvertures de ces grilles une couche de silicium 17 par croissance épitaxiale. Ensuite, des couches de métallisation 18 et 19 sont formées sur les deux faces du dispositif. Bien entendu, les divers procédés classiques de fabrication de semiconducteurs sont utilisés pour établir des contacts avec les grilles 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.. Cette structure particulière du sandwich de grille présente notamment les avantages suivants - le fait de choisir pour les couches isolantes inférieure, intermédiaire et supérieure des couches d'oxyde de silicium thermique, permet d'obtenir des couches de très bonne qualité et de très faible épaisseur comme l'indiquent les ordres de grandeur ci-dessus. Il en résulte que l'ensemble du sandwich pourra présenter une épaisseur totale très faible, petite devant la dimension des ouvertures de la grille. Notamment, on obtiendra une épaisseur de sandwich de grille inférieure aux deux tiers de la dimension des ouvertures de grille. Ceci favorisera le recouvrement épitaxial monocristallin de la surface supérieure de la grille. Ce recouvrement est également favorisé du fait que la couche isolante supérieure est une couche de silice thermique une telle couche présentant une bonne régularité. - le fait de choisir pour les conducteurs de grilles un siliciure métallique réfractaire tel que WSi2 ou CoSi2 entraîne au moins trois avantages. Le premier est que le siliciure réfractaire ne diffusera pas dans le silicium lors de l'épitaxie qui peut être effectuée à des températures s'élevant jusqu'à 1000 C. Le deuxième est que cela permet de former les oxydes thermiques susmentionnés au dessus des couches conductrices. Le troisième est qu'un siliciure métallique tel que CoSi2 présente un très bon accord épitaxique avec le silicium, le désaccord n'étant pas supérieur à 1,2 % pour CoSi2. On pourrait imaginer diverses variantes de ce mode de fabrication. Par exemple, l'étape d'ouverture illustrée en figure 3C pourrait être réalisée avant l'étape de dépôt de la couche d'oxyde thermique 13, celle-ci étant formée seulement après l'ouverture, d'où il résulterait que les #faces latérales des grilles 13 et 15 seraient oxydées et donc complètement isolées du silicium et qu'il n'existerait pas de contacts latéraux de type Schottky entre les conducteurs de grille 13 et 15 et la couche épitaxiale 17. Dans les utilisations du dispositif, chacune des grilles sera connectée à un potentiel choisi par rapport au potentiel appliqué aux électrodes principales. Par exemple, la grille inférieure 13 servira d'électrode de commande tandis que la grille supérieure 15 sera commutée à une source de tension continue et servira d'écran électrostatique vis à vis de la tension appliquée à l'électrode principale supérieure 19. Le courant passant dans le canal sera alors presque uniquement déterminé par les potentiels appliqués aux grilles et à l'électrode principale inférieure et sera recueilli par l'électrode principale supérieure 19 d'où il résulte une forte impédance de sortie du dispositif. Bien entendu, la présente invention est susceptible de nombreuses variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art qui pourrs combiner 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. D'autre part, alors que des structures à deux grilles ont été décrites, on pourrait augmenter le nombre de grilles superposées. REVENDICATIONS 1. Transistor à effet de champ à base perméable comprenant, enterrée dans un monocristal de silicium (11, 17), une première grille (13) formée d'un sandwich isolant/conducteur/isolant, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une deuxième grille (15) de même structure que la première, accolée à celle-ci, et dont les ouvertures sont alignées avec celles de la première grille. 2 Transistor à effet de champ selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits sandwichs sont constitués d'un siliciure métallique réfractaire (13 , 15) isolé sur ces deux faces inférieure et supérieure par une couche de silicium thermique (12, 14 ; 14, 16). 3. Transistor à effet de champ selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le siliciure est choisi dans le groupe comprenant le siliciure de tungstène (WSi2) et le siliciure de cobalt (CoSi2). 4. Transistor à effet de champ selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les faces latérales des grilles sont également isolées. 5. Procédé de fabrication d'un transistor à effet de champ selon la revendication 1, à partir d'un substrat de silicium monocristallin (11), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes - oxyder thermiquement la surface du substrat du silicium pour former une première couche d'oxyde de silicium (12), - former sur la première couche d'oxyde une couche d'un siliciure métallique réfractaire (13), - oxyder thermiquement la surface supérieure de la couche de siliciure pour former une seconde couche d'oxyde de silicium (14) - former sur la seconde couche d'oxyde de silicium une seconde couche d'un siliciure métallique réfractaire (15), - oxyder thermiquement la surface supérieure de la seconde couche de siliciure pour former une troisième couche d'oxyde de silicium (16), - ouvrir des fenêtres selon la configuration de grilles souhaitée dans l'ensemble de la première couche d'oxyde de silicium, de la première couche de siliciure, de la deuxième couche d'oxyde de silicium, de la deuxième couche de siliciure et de la troisième couche d'oxyde de silicium, - former par épitaxie une deuxième couche de silicium monocristallin (17) au-dessus de la grille et dans les fenêtres ouvertes dans cette grille. 6. Procédé de fabrication d'un transistor à effet de champ selon la revendication 5, à partir d'un substrat de silicium, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes - oxyder thermiquement la surface du substrat de silicium pour former une première couche d'oxyde de silicium, - former sur la première couche d'oxyde une couche d'un siliciure métallique réfractaire, - oxyder thermiquement la surface supérieure de la couche de siliciure pour former une seconde couche d'oxyde de silicium, - former sur la seconde couche d'oxyde de silicium une seconde couche d'un siliciure métallique réfractaire. - ouvrir selon une configuration de grilles souhaitée les couches de siliciure et la seconde couche d'oxyde, - oxyder thermiquement le siliciure métallique pour former une troisième couche isolante d'oxyde de silicium sur la surface de la seconde couche de siliciure et les faces latérales des première et seconde couches de siliciure, - attaquer la première couche d'oxyde thermique dans les ouvertures des grilles en laissant en place au moins en partie la troisième couche d'oxyde thermique, - former par épitaxie au dessus des grilles et dans les ouvertures de ces grilles une deuxième couche de silicium.