Brevet FR2967298A1 — publié le 20120511

applications à vitesse élevée (ou dv/dt) par rapport au VDMOSFET. Le principal compromis se trouve entre le RDSON et les charges de grille qui sont associées à la résistance et à la capacité de la grille polycristalline. Les modes de réalisation de l'invention concernent des procédés de fabrication d'un transistor cellulaire métal-oxyde semi-conducteur à effet de champ en tranchée (MOSFET). Dans un mode de réalisation, le procédé comprend. le dépôt d'une première résine photosensible sur une première couche épitaxiale (épi) pour façonner une zone de tranchée, le dépôt d'une seconde couche de résine photosensible sur une première couche de conducteur de grille pour façonner une zone mésa, l'élimination par gravure d'une partie de la première couche de conducteur de grille dans la zone mésa pour former une seconde couche de conducteur de grille comportant une bosse, et la titanisation cristalline de la seconde couche de conducteur de grille pour former une couche de conducteur de grille en Ti. Les bords de la zone mésa sont alignés avec les bords de la zone de tranchée. Par conséquent, environ plus de la moitié du silicium polycristallin dans la seconde couche de conducteur de grille est soumise à une titanisation cristalline. La résistance de la couche polycristalline du MOSFET cellulaire en tranchée peut être réduite, ce qui améliore donc la conductivité de la grille du MOSFET cellulaire en tranchée. Un espaceur peut être formé pour protéger les coins de la première couche de conducteur de grille et pour rendre plus robuste la structure de conducteur de grille pour un support mécanique. Les caractéristiques et les avantages des modes de réalisation de l'invention revendiquée deviendront apparents à la lecture de la description détaillée suivante et en se référant aux dessins, sur lesquels des numéros identiques indiquent des parties identiques. Les figures 1 à 8 illustrent des vues en coupe d'une séquence de fabrication 'd'un transistor cellulaire métal-oxyde semi-conducteur à effet de champ en tranchée (MOSFET), selon un mode de réalisation de la présente invention. La figure 9 illustre une vue en coupe d'un schéma de structure d'un MOSFET en tranchée, selon un mode de 15 réalisation de la présente invention. La figure 10 illustre un schéma fonctionnel d'un système de conversion d'énergie, selon un mode de réalisation de la présente invention. La figure 11 illustre un schéma d'opérations d'un 20 procédé de fabrication d'un MOSFET cellulaire en tranchée, selon un mode de réalisation de la présente invention. Dans la description détaillée suivante de la présente invention, de nombreux détails spécifiques 25 sont présentés de manière à mieux comprendre la présente invention. Cependant, l'homme du métier comprendra que la présente invention peut être mise en pratique sans ces détails spécifiques ou avec leurs équivalents. Dans d'autres situations, les procédés, 30 procédures, composants et circuits bien connus n'ont pas été décrits en détail pour ne pas rendre inutilement confus certains aspects de la présente invention. Certaines parties des descriptions détaillées qui suivent sont présentées en termes de procédures, de blocs logiques, de procédés et d'autres représentations symboliques d'opérations pour la fabrication des dispositifs à semi-conducteur. Ces descriptions et représentations sont les moyens utilisés par l'homme du métier de la fabrication des dispositifs à semi- conducteur pour transmettre le plus efficacement la substance de leurs travaux aux autres hommes du métier. Dans la présente demande, une procédure, un bloc logique, un procédé ou équivalents, est conçu de manière à être une séquence auto-cohérente d'étapes ou d'instructions aboutissant à un résultat souhaité. Les étapes sont celles nécessitant les manipulations physiques de quantités physiques. Cependant, il convient de garder à l'esprit que tous ces termes et les termes similaires doivent être associés aux quantités physiques appropriées et sont simplement des étiquettes commodes appliquées à ces quantités. Sauf indication contraire spécifiquement mentionnée dans la description suivante, il est entendu que tout au long de la présente demande, les descriptions utilisant des termes tels que « revêtement », « dépôt », « gravure », « fabrication », « siliciuration », « implantation », « métallisation », « titanisation » ou équivalents, font référence aux actions et aux procédés de la fabrication des dispositifs à semi-conducteur. Il sera compris que les figures ne sont pas dessinées à l'échelle et que seules les parties des structures décrites, ainsi que les diverses couches formant ces structures, sont présentées. En outre, d'autres procédés et étapes de fabrication peuvent être mis en oeuvre avec les procédés et les étapes présentés dans le présent document ; c'est-à-dire qu'il peut y avoir un certain nombre de procédés et d'étapes avant, entre et/ou après les étapes présentées et décrites dans le présent document. Il est important de noter que les modes de réalisation de la présente invention peuvent être mis en oeuvre avec ces autres procédés et ces autres étapes sans les perturber de manière significative. D'une manière générale, les divers modes de réalisation de la présente invention peuvent remplacer des parties d'un procédé classique sans affecter significativement les procédés et étapes périphériques. Dans un mode de réalisation, la présente invention propose un procédé de fabrication d'un transistor cellulaire métal-oxyde semi-conducteur à effet de champ en tranchée (MOSFET). Une première résine photosensible est déposée sur une première couche épitaxiale (épi) pour façonner une zone de tranchée. Une seconde couche de résine photosensible est déposée sur une première couche de conducteur de grille pour façonner une zone mésa. Les bords de la zone mésa sont alignés avec les bords de la zone de tranchée. Une partie de la première couche de conducteur de grille est éliminée par gravure pour former une seconde couche de conducteur de grille sur laquelle se trouve une bosse. Du titane (Ti) est déposé puis le Ti se trouvant dans la zone mésa est éliminé par gravure. Par conséquent, la partie supérieure et les parois latérales de la bosse sont soumises simultanément à une titanisation cristalline et la seconde couche de conducteur de grille est soumise à une titanisation cristalline dans une direction dirigée vers le bas à partir de la partie supérieure de la seconde couche de conducteur de grille. De manière avantageuse, plus de la moitié d'un matériau de conducteur de grille dans la seconde couche de conducteur de grille (qui inclut la bosse) est convertie en matériau de conducteur de grille en Ti ; dans une technologie classique de gravure de renfoncement, environ 10 % du matériau de conducteur de grille sont convertis. Grâce à la présente invention, la résistance de couche d'un MOSFET cellulaire en tranchée peut être réduite et, par conséquent, la conductivité de la grille d'un MOSFET cellulaire en tranchée est améliorée. Un espaceur est formé pour protéger les coins de la couche de conducteur de grille en Ti et pour rendre plus robuste la structure de conducteur de grille pour un support mécanique. Les figures 1 à 8 illustrent des vues en coupe d'une séquence de fabrication d'un transistor cellulaire métal-oxyde semi-conducteur à effet de champ en tranchée (MOSFET), selon un mode de réalisation de la présente invention. La séquence de fabrication du MOSFET cellulaire en tranchée sur les figures 1 à 8 est donnée à titre illustratif et ne représente pas une limite. Sur la figure 1, un dépôt épitaxial est effectué pour former une couche épi. Par exemple, un dépôt épitaxial de type N (Népi) est effectué pour former une couche Népi 110 sur un substrat semi-conducteur d'une tranche, par exemple un substrat de type N fortement dopé (N+) (non représenté sur la figure 1). Ensuite, une première résine photosensible est déposée pour former des régions de résine photosensible 120A et 120B sur la couche Népi 110. Les régions de résine photosensible 120A et 120B recouvrent la couche Népi 110 et jouent le rôle de masques pour façonner une zone de tranchée pour le MOSFET cellulaire en tranchée, par exemple l'emplacement de la tranchée du MOSFET cellulaire en tranchée. Sur la figure 2, une partie de la couche Népi 110 dans la zone de tranchée est éliminée par gravure par un moyen lithographique pour former une tranchée. En d'autres termes, le silicium se trouvant dans la zone de tranchée est éliminé par une ouverture 130 représentée sur la figure 1, pour ainsi former une tranchée active. Il en résulte qu'une couche Népi 201 est formée. La première résine photosensible est retirée de la surface de la tranche et la tranchée est ensuite oxydée. Une couche d'oxyde de grille 203 est donc formée autour de la couche Népi 201. La couche d'oxyde de grille 203 entoure la tranchée ; c'est-à- dire que la couche d'oxyde de grille 203 recouvre les surfaces (parois latérales et partie inférieure) de la tranchée. Un matériau de conducteur de grille est déposé et dopé avec du chlorure de phosphoryle ( POC13 ) pour former une couche de conducteur de grille 205 sur la couche d'oxyde 203. Plus précisément, une partie de la couche de conducteur de grille 205 remplit la tranchée et la couche de conducteur de grille 205 recouvre la couche d'oxyde 203 avec une épaisseur prédéterminée. Le matériau de conducteur de grille peut être du silicium polycristallin, du tungstène, du germanium, du nitrure de gallium (GaN) ou du carbure de silicium (SiC). Sur la figure 3, une seconde résine photosensible est déposée sur la couche de conducteur de grille 205 pour façonner une zone mésa pour le MOSFET cellulaire en tranchée. Les bords de la seconde résine photosensible sont alignés avec les bords de la première résine photosensible. Par conséquent, une région de résine photosensible 310 est formée sur la couche de conducteur de grille 205. Les bords de la région de résine photosensible 310 sont alignés avec les bords des régions de résine photosensibles 120A et 120B. Sur la figure 4, une partie de la couche de conducteur de grille 205 se trouvant dans la zone mésa représentée sur la figure 3 est éliminée par gravure pour former une couche de conducteur de grille 405 sur laquelle se trouve une bosse 407. Dans un mode de réalisation, la bosse 407 est une bosse rectangulaire. La bosse 407 possède une épaisseur prédéterminée, et le reste de la couche de conducteur de grille 405 remplit la tranchée du MOSFET cellulaire en tranchée. Après la formation de la couche de conducteur de grille 405, la seconde résine photosensible est retirée. Ensuite, sur la figure 5, des dopants de type P pour le corps de canal sont implantés et entraînés dans la couche Népi 201 jusqu'à une certaine profondeur pour former des puits P 510A et 510B. En d'autres termes, les puits P 510A et 510B sont formés dans la partie supérieure de la couche Népi 201 au moyen d'une implantation de dopants de type P dans la couche Népi 201 après la formation de la couche de conducteur de grille 405. Les puits P 510A et 510B sur la couche Népi 530 peuvent jouer le rôle de régions de corps de la tranchée. Ensuite, des dopants de type N pour le corps de canal y sont implantés et entraînés pour former des couches de type N, par exemple les couches N+ 520A et 520B, respectivement, dans les régions de corps de la tranchée. Les couches N+ 520A et 520B se trouvent respectivement sur les puits P 510A et 510B. Sur la figure 6, la couche de conducteur de grille 405 est soumise à une titanisation cristalline pour former une couche de conducteur de grille en Ti 605 après la formation des couches N+ 520A et 520B. La partie supérieure et les parois latérales de la bosse 407 (figure 5) sont soumises simultanément à une titanisation cristalline pour former une bosse titanisée 607. La couche de conducteur de grille 405 est soumise à une titanisation cristalline dans une direction dirigée vers le bas à partir de la partie supérieure de la couche de conducteur de grille 405 (figure 5). Par exemple, un film de titane (Ti) est pulvérisé et recuit par recuit thermique rapide (RTA) ou dans un four pour former du siliciure de titane dans la couche de conducteur de grille en Ti 605. Plus précisément, le film de Ti est formé simultanément par pulvérisation sur la partie supérieure et les parois latérales de la bosse 407. Ensuite, le film de Ti est formé par pulvérisation dans la couche de conducteur de grille 405 dans une direction dirigée vers le bas partir de la partie supérieure de la seconde couche de conducteur de grille 405. Ensuite, l'étape de recuit est exécutée. Le Ti se trouvant dans la zone mésa peut être éliminé par gravure humide au peroxyde, et le matériau de conducteur de grille en Ti reste dans la partie supérieure de la couche de conducteur de grille en Ti 605 incluant la bosse 607, comme représenté par la région en pointillé sur la figure 6 et les figures qui suivent. De manière avantageuse, par rapport à la technologie classique de gravure de renfoncement, davantage de matériau de conducteur de grille est inclus dans la couche de conducteur de grille 405 en raison du dépôt de la seconde résine photosensible sur la couche de conducteur de grille 205 sur la figure 3. Par rapport à la titanisation classique dirigée vers le bas, davantage de matériau de conducteur de grille se trouvant dans la couche de conducteur de grille 405 peut être converti en matériau de conducteur de grille en Ti. Par exemple, environ plus de la moitié (en volume) du matériau de conducteur de grille se trouvant dans la couche de conducteur de grille 405 (y compris la bosse 407) peut être convertie en matériau de conducteur de grille en Ti. De manière avantageuse, davantage. de matériau de conducteur de grille en Ti est formé dans la couche de conducteur de grille en Ti 605 par rapport à ce qui est obtenu avec la technologie classique de gravure de renfoncement. La couche de conducteur de grille en Ti 605 peut former une région de grille du MOSFET cellulaire en tranchée. Par conséquent, la résistance de couche du matériau de conducteur de grille du MOSFET cellulaire en tranchée peut être réduite car davantage de matériau de conducteur de grille d'une grille polycristalline est soumis à une titanisation cristalline. Dans un mode de réalisation, la résistance de couche d'une région de grille du MOSFET cellulaire en tranchée peut être d'environ 0,13 Ohm par carré (Ohm/D). En d'autres termes, la résistance de couche du MOSFET cellulaire en tranchée peut être d'environ 0,13 Ohm/D. De manière avantageuse, la conductivité de la grille du MOSFET cellulaire en tranchée peut être améliorée en raison de la plus grande quantité de matériau de conducteur de grille en Ti dans la structure de conducteur de grille. De plus, un espaceur, par exemple des espaceurs en oxyde base température (LTO) 601A et 601B, sont formés sur la paroi latérale de la couche de conducteur de grille en Ti 605 pour protéger les coins des couches de conducteur de grille en Ti 605 contre un endommagement lors des étapes successives d'implantation. En outre, les espaceurs 601A et 601B peuvent rendre plus robuste la structure de conducteur de grille pour un support mécanique. Sur la figure 7, un verre de tétraéthyl- orthosilicate (TEOS) et de borophosphosilicate (BPSG) est déposé pour former une couche de TEOS et de BPSG 710 sur la couche de conducteur de grille en Ti 605 et autour des espaceurs 601A et 601B. Ensuite, une étape d'implantation de dopants de type P puis d'entraînement est effectuée pour former des couches de type P fortement dopées (P+) 720A et 720B adjacentes respectivement aux couches N+ 520A et 520B. Ensuite, les couches P+ 720A et 720B peuvent être soumises à un recuit et à une refusion. Les couches N+ 520A et 520B peuvent former une région de source du MOSFET cellulaire en tranchée. Les couches P+ 720A et 720B peuvent former un contact de corps de diode. La gravure de contact est donc effectuée. Sur la figure 8, une métallisation est effectuée pour séparer les connexions métalliques de la grille et de la source. La totalité de la cellule peut être métallisée par une couche métallique 801. La figure 9 illustre une vue en coupe d'un schéma de structure d'un MOSFET en tranchée 900, selon un mode de réalisation de la présente invention. Le MOSFET en 15. tranchée 900 est fabriqué par les procédés et étapes de fabrication décrits sur les figures 1 à 8. Dans un mode de réalisation, le MOSFET en tranchée 900 peut comprendre de multiples cellules, par exemple les MOSFET cellulaires en tranchée fabriqués par les 20 procédés et étapes de fabrication présentés sur les figures 1 à 8. Dans un mode de réalisation, chaque cellule peut comprendre un substrat N+ 9001. Une couche Népi 9530 est formée sur le substrat N+ 9001. Une tranchée de la 25 cellule est remplie avec une couche de conducteur de grille en Ti 9605 comportant une bosse 9607 entourée d'une couche d'oxyde de grille 9203. La couche de conducteur de grille en Ti 9605 comprend une région titanisée et une région non titanisée, comme décrit ci- 30 dessus ; dans un mode de réalisation, environ la moitié de la couche 9605 (y compris la bosse 9607) est titanisée, tandis que le reste de la couche 9605 ne l'est pas. De manière avantageuse, en raison du dépôt de la seconde résine photosensible sur la figure 3, davantage de matériau de conducteur de grille en Ti est inclus dans la couche de conducteur de grille en Ti 9605. Dans un mode de réalisation, la résistance de couche de la couche de conducteur de grille en Ti 9605 du MOSFET en tranchée 900 peut être diminuée. En d'autres termes, la résistance de couche du MOSFET en tranchée 900 peut être réduite, par exemple d'environ 0,50 Ohm/D à environ 0,13 Ohm/D. Par conséquent, la conductivité de la grille du MOSFET en tranchée peut être améliorée. La surface de la couche de conducteur de grille en Ti 9605 est lissée par un espaceur, par exemple des espaceurs LTO 9601A et 9601B. La couche de conducteur de grille en Ti 9605 peut constituer une région de grille du MOSFET en tranchée 900. Un corps de tranchée, par exemple un puits P 9510, est formé sur la couche Népi 9530. Une couche P+ 9720 et des couches N+ 9520A et 9520B sont formées à l'intérieur du puits P 9510. Dans un mode de réalisation, la couche P+ 9720 jouant le rôle de contact de corps de diode est située entre les couches N+ 9520A et 9520B. Les couches N+ 9520A et 9520B peuvent constituer une région de source du MOSFET en tranchée 900. La couche inférieure, par exemple le substrat N+ 9001, peut constituer une région de drain du MOSFET en tranchée 900. Dans un mode de réalisation, une couche métallique 9801 peut être formée sur une couche de TEOS et de BPSG 9710 et la région de source. La couche de TEOS et de BPSG 9710 peut séparer les connexions métalliques de la grille et de la source. La figure 10 illustre un schéma fonctionnel d'un système de conversion d'énergie 1000, selon un mode de réalisation de la présente invention. Dans un mode de réalisation, le système de conversion d'énergie 1000 peut convertir une tension d'entrée en tension de sortie. Le système de conversion d'énergie 1000 peut être un convertisseur continu - continu (CC - CC), un convertisseur alternatif - continu (CA - CC) ou un convertisseur CC- CA. Le système de conversion d'énergie 1000 peut comprendre un ou plusieurs commutateurs 1010. Dans un mode de réalisation, le commutateur 1010 peut être, mais sans s'y limiter, un MOSFET en tranchée (par exemple, 900 sur la figure 9) fabriqué selon les procédés et étapes de fabrication présentés sur les figures 1 à 8. Le commutateur 1010 peut être utilisé comme interrupteur d'alimentation d'extrémité supérieure ou interrupteur d'alimentation d'extrémité inférieure dans le système de conversion d'énergie 1000. En raison de la résistance réduite de la couche polycristalline du MOSFET en tranchée, le commutateur 1010 présente une résistance de grille relativement inférieure. De manière avantageuse, le commutateur 1010 peut être mis en marche ou éteint relativement plus rapidement et l'efficacité du système de conversion d'énergie 1000 peut être améliorée. La figure 11 illustre un schéma d'opérations 1100 d'un procédé de fabrication d'un MOSFET cellulaire en tranchée, selon un mode de réalisation de la présente invention. La figure 11 est décrite en combinaison avec les figures 1 à 8. Dans le bloc 1110, une première résine photosensible est déposée sur une première couche épitaxiale (épi) pour façonner une zone de tranchée. Dans le bloc 1120, une seconde couche de résine photosensible est déposée sur une première couche de conducteur de grille 205 pour façonner une zone mésa. Les bords de la seconde résine photosensible sont alignés avec les bords de la première résine photosensible. Dans le bloc 1130, une partie de la couche de conducteur de grille 205 se trouvant dans la zone mésa est éliminée par gravure pour former la couche de conducteur de grille 405 comportant une bosse 407. Dans le bloc 1140, la couche de conducteur de grille 405 est soumise à une titanisation cristalline pour former la couche de conducteur de grille en Ti 605. Pour résumer, une première résine photosensible est déposée sur une couche épi, par exemple une couche Népi 110, pour façonner une zone de tranchée. Une partie de la couche Népi 110 dans la zone de tranchée est gravée pour former une couche Népi 201, puis la première résine photosensible est retirée. Après la formation d'une couche d'oxyde de grille 203 autour de la couche Népi 201, la tranchée est déposée par un matériau de conducteur de grille et dopée avec du POC13 pour former une couche de conducteur de grille 205 sur la couche d'oxyde de grille 203. Une seconde résine photosensible est déposée sur la couche de conducteur de grille 205 pour façonner une zone mésa. Les bords de la seconde résine photosensible sont alignés avec les bords de la première résine photosensible. Ensuite, une partie de la couche de conducteur de grille 205 dans la zone mésa est éliminée par gravure pour former une couche de conducteur de grille 405 comportant une bosse, puis la seconde résine photosensible est retirée. De manière séquentielle, après la formation de puits P, par exemple des puits 510A et 510B jouant le rôle de corps de tranchée, des couches N+ 520A et 520B sont formées sur les puits P 510A et 510B pour jouer le rôle de région source d'un MOSFET cellulaire en tranchée. Des couches P+ 720A et 720B sont formées respectivement sur les puits 510A et 510B, en tant que contact de corps de diode. Un film de Ti est déposé pour former un matériau de conducteur de grille en Ti dans une couche de conducteur de grille en Ti 605. Le Ti se trouvant dans la zone mésa peut être éliminée par gravure et le matériau de conducteur de grille en Ti dans la couche de conducteur de grille en Ti 605 peut rester. De manière avantageuse, la seconde résine photosensible est déposée pour façonner la zone mésa sur la couche de conducteur de grille 205 pour la structure de conducteur de grille. Par conséquent, davantage de matériau de conducteur de grille dans la couche de conducteur de grille en Ti 605 est converti en matériau de conducteur de grille en Ti. Il en résulte que la résistance de couche du MOSFET cellulaire en tranchée peut être réduite, par exemple d'environ 0,50 Ohm/D à environ 0,13 Ohm/D, pour améliorer la conductivité de la grille du MOSFET cellulaire en tranchée. Un espaceur est formé pour protéger les coins de la couche de conducteur de grille en Ti 605 et pour rendre plus robuste la structure de conducteur de grille pour un support mécanique. Ensuite, une gravure de contact est effectuée puis une étape de métallisation est mise en oeuvre. Bien que la description et les dessins présentés ci-dessus représentent les modes de réalisation de la présente invention, il est entendu que divers ajouts, diverses modifications et diverses substitutions peuvent y être apportés sans s'écarter de l'esprit et de l'étendue des principes de la présente invention telle que définie dans les revendications annexées. L'homme du métier comprendra que l'invention peut être utilisée avec de nombreuses modifications de forme, de structure, d'arrangement, de proportion, de matériaux, d'éléments et de composants, entre autres, utilisés dans la pratique de l'invention, lesquelles sont particulièrement adaptées aux environnements spécifiques et aux nécessités opératoires sans s'écarter des principes de la présente invention. Les modes de réalisation présentement décrits doivent donc être considérés à tous les égards comme illustratifs et non restrictifs, l'étendue de l'invention étant indiquée par les revendications annexées et leurs équivalents légaux, et non limitée par la description précédente.