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silicon
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silicon oxide
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aluminium
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ethylenediamine
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diazine
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SEMI
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silicon dioxide
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depc
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molybdenum
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Gene Or Protein
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Etre
(9)
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CHAMP
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Est A
(1)
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Refractaire
(1)
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Seu
(1)
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Tric
(1)
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Generic
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oxide
(11)
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metal
(1)
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Physical
(1/ 1)
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de 0,3 l
(1)
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Polymer
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Rayon
(1)
[29][_]
Organism
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[30][_]
precis
(1)
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2511808A1
Family ID 1942072
Probable Assignee Secr Defence Brit
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title PROCEDE DE FABRICATION D'UN TRANSISTOR A CANAL VERTICAL
Abstract
_________________________________________________________________
L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE DE FABRICATION D'UN TRANSISTOR A EFFET
DE CHAMP A CANAL VERTICAL CONSISTANT A FORMER, SUR UN SUBSTRAT 1 EN
MATIERE SEMI-CONDUCTRICE, UNE MESA 5 FAITE DE COUCHES EPITAXIALES
CONDUCTRICES ALTERNATIVEMENT DE TYPE P OU N 3, 9, 7 ET RECOUVERTE
D'UNE COUCHE ISOLANTE 11 SURPLOMBANT, APRES DETALONNAGE, LES BORDS
LATERAUX DE LA MESA DE FACON A FORMER UN EVIDEMENT PERIPHERIQUE REMPLI
DE MATIERE CONDUCTRICE 17 CONSTITUANT L'ELECTRODE DE GOULOT.
Description
_________________________________________________________________
a U
251 1808
La presente invention concerne un procede de fabrication d'un
transistor and effet de champ a canal vertical Les transistors a effet
de champ a canal vertical, c'est a dire ceux dans lesquels la cathode
(ou source), le canal, et l'anode (ou drain) sont empiles
verticalement sur un substrat semiconducteur porteur horizontal,
presentent ac- tuellement un grand interet en raison de leur compacite
et de leur rapidite de fonctionnement Les transistors a canal vertical
et autres transistors de puissance a effet de champ, non planaires,
sont decrits dans un article de Messieurs Andre et consorts, publie
dans la revue IEE Transactions on Electron Devices, volume ED-
N 2 10, octobre 1978, pages 1222 A 1228 Cet article decrit en
particulier un transistor MOS a canal vertical isotropiquement decape
dans lequel une electrode de goulot auto-centree est realisee au moyen
de parties en surplomb de silicon dioxide pour masquer la partie
laterale du dispositif lorsque l'electrode de goulot est evaporee o-
bliquement Il est difficile d'ali-gner avec assez de pre- cision
la-source d'evaporation outre que l'electrode pel- liculaire evaporee
obliquement peut presenter une resis- tance elevee La presente
invention a pour objet de realiser un procede nouveau de fabrication
d'un transistor a canal vertical permettant d'eluder les inconvenients
ci-dessus Ce pro- cede comporte les p ases E:accessiveu ci-dessous: on
prend un substrat semi-conduc:eur et l'on y forme une protuberance (ou
"mesa") a borde quasi-perpendiculaires, en matiere semiconductrice,
dont la face superieure est
3 C recouverte d'une couche paisse de matiere isolante - on creuse (ou
"detalonne") la matiere constituant la mesa et le substrat; L on forme
une couche isolante mince recouvrant les bords lateraux de la mesa et
le substrat; on depose, sur la mess et sur le substrat isoles, une
matiere conductrice qui viendra en meme temps remplir la zone
d#talonnee de la mesa; et on abrade, au moyen d'un faisceau d'ions, la
mesa et le substrat pour eliminer l'exces de matiere conductrice et
laisser subsister une electrode de goulot isolee, verticale, dans la
zone detalonnee de la mesa
Il conviendra d'appliquer ce procede a un substrat semi- conducteur
multicouches (comportant par exemple une couche + epaisse d'oxide et
des couches alternees de type N, p, + n, sur une matiere
semiconductrice de type p) de facon que les zones de la cathode et de
l'anode soient bien de- finies Selon une variante du procede, la zone
dopee de la cathode ou celle de l'anode, ou m-me ces deux zones,
pourront etre realisees au cours d'une phase ulterieure, par exemple
apres elimination de l'exces de matiere conductrice
Dans ce dernier cas, l'impurete dopante pourra etre in- troduite par
implantation auto-centree a travers la couche mince isolante, mais,
bien que ce dernier procede soit plus co:nplexe, il presente
l'avantage d'Aviter le chevau- chement de l'electrode avec la zone
dopee et de reduire la capacitance entre electrodes
La mesa a ords quasi-perpendiculaires pourra etre reali- see par
abrasior au faisceau d'ions, attaque chimique aux ions reactifs
(plasma), ou attaque dirigee Le detalon- nage pourra etre realise par
attaque isotropique humide soigneusement reglee
251 1808
Avec un substrat semiconducteur multicouches, il y aura avantage a
utiliser un decapant repondant rapidement a l'orientation et a
interrompre automatiquement le decapage a l'interface intercouches
appropriee par une action de polarisation electrique, ce qui permettra
un reglage tres precis de la profondeur du decapage, operation qui
sera suivie d'une attaque lente dans la zone de detalonnage
L'invention est decrite ci-apres en detail en se referant a quelques
exemples preferes, non limitatifs, de realisa- tion representes sur
les dessins annexes dans lesquels la figure 1 est une vue de dessus
d'un transistor a canal vertical realise par un procede selon la
presente invention la figure 2 est une coupe selon la ligne x-x de la
fi- gure 1; les figures 3 (a) a 3 (e) sont des coupes montrant, de
facon schematique simplifiee, les diverses phases de la fabrication du
transistor des figures 1 et 2; et les figures 4 (a) et 4 (b) sont des
coupes identiques montrant des phases differentes de la fabrication
d'un transistor selon l'invention Le transistor a canal vertical
represente aux figures 1 et 2 comprend un substrat porteur horizontal
1 en matiere semiconductrice a base de silicon, principalement de type
"p La zone superieure 3 de ce substrat est dopee d'im- puretes de type
N et est surmontee d'une protuberance ou mesa 5 en matiere
semiconductrice La zone superieure 7 de cette mesa est dopee
d'impuretes de type N, le reste
9 de la mesa etant en matiere de type p Une epaisse ca- lo-te
d'silicon oxide 11 recouvre la face superieure de la mesa 5 dont les
bords lateraux sont recouverts d'une couche mince d'silicon oxide 13
formant l'isolant 15 du goulot (ou "gate") et se prolongeant de facon
a recou- vrir la face superieure 3 du substrat 1 Des evidements isoles
dans les bords lateraux de la mesa, formes par le surplomb de
l'epaisse calotte d'silicon oxide 11, sont remplis d'aluminium de
facon a former une electrode de goulot continue 17 tout autour de la
mesa 5 Un contact d'electrode de goulot 19 en aluminium, place sur un
cote de la mesa 5, chevauche la face superieure de la calotte
d'silicon oxide 11 Son extension coincide avec celle de l'electrode de
goulot 17 Des ouvertures dans la mesa en silicon oxide (ouverture 21
dans la calotte 11, et ouverture 23 dans la couche 13) permettent
d'acceder aux zones sous-jacentes semiconductrices 7 et 3 dopees en
im- puretes de type N Des contacts metalliques d'anode (25) et de
cathode (27) sont formes sur ces ouvertures 21 et 23.
Pour fabriquer ce transistor a canal vertical on prend un substrat 1
en silicon monocristallin de type p Sur la surface du substrat 1 on
forme des couches de silicon + epitaxiales: une couche 3 de type N,
une couche 9 de type p et, au dessus de toutes ces couches, une couche
7 + de type N Toutes ces couches sont realisees de facon a etre
paralleles au plan du cristal (110) pour leur donner une orientation
convenant a l'operation d'attaque anisotro- pique orientee que l'on
decrira plus loin L'epaisseur de la couche 9, de type p, est fixee de
facon a correspondre a la longueur du goulot prevu Une couche epaisse
d'
oxide
11 est ensuite engendree, ou deposee, sur la face supe- rieure du
substrat multicouches 1 a 7
Pour realiser la mesa a bords quasi-verticau: 5, on defi- nit sur la
surface de la couche d'oxide, par un procede photolithographique, un
masque photoresistant 31 (figure 3 (a))
251 1808
On elimine ensuite l'exces de matiere en oxyde de facooxide a laisser
subsister une calotte epaisse 11 de la meme ma- tiere On se sert
ensuite d'un decapant fait d'une solu- tion aqueuse
d'ethylenediamine-pyrocatachol catalysee par diazine (decrit dans la
Revue "Journal of Electrochemist- ry", volume 126, N 2 8, pages 1406 A
1414) pour eliminer l'exces de matiere semiconductrice de facon a
former une mesa 5 a bords lateraux quasi-verticaux Apres avoir eli-
mine par attaque chimique l'exces de matiere constitutive + de la
premiere couche semiconductrice 7 de type N, on applique une
polarisation electrique interrompant automa- tiquement l'attaque
chimique a la suite de l'elimination de l'exces de matiere
constitutive de la couche semicon- ductrice 9 de type p De cette
facon, tout l'exces de matiere au dessus de l'interface couche
9/couche 3 se trouve rapidement elimine (figure 3 (b))
On recourt alors a un decapant isotropique humide pour e- liminer de
la mesa 5 la matiere semiconductrice en vue de creuser par en dessous,
ou detalonner, la calotte epaisse d'oxide 11 et d'y former un
evidement 33 (figure 3 (c))
L'ensemble est ensuite rince, seche et chauffe en atmos- nhere
oxydante pour former un revetement isolant 13, en oxide, sur les bords
lateraux de la mesa 5 et sur la face + exposee de la couche 3 de type
r N Puis on marque, par un procede photolithographique, des ouvertures
21 et 23 et l'on depose une couche de matiere conductrice (dans l'ex-
emple rerresente, de l'alumirnium) pour recouvrir l'oxide +
11, 13 et les zones 7 et 3 en matiere de type N, expo- sees a travers
les ouvertures 21 et 23 L'aluminiurr est depc;se par depot chimique de
vapeur, procede permettant un recouvrement parfait de la piece et en
particulier des parois de l'evidement 33 (figure 3 (d)) Une fois la
matiere conductrice deposee, on marque les zones de contact 19, 25 et
27 pour le goulot, l'anode et la cathode du transistor en utilisant
des -masques epais photoresistants On elimine ensuite l'exces de
matiere conductrice par abrasion au faisceau d'ions La matiere
conductrice 17 occupant l'evidement peripherique 33 de la mesa 5 est
occultee par le surplomb de la calotte d'oxide 11 et ne subit donc pas
les effets de cette abrasion Au cours de cette operation, les zones de
contact 19, 25 et 27 sont occultees par les masques dont la matiere
cons- titutive est, pour sa plus grande partie, consumee au cours de
l'operation d'abrasion (figure 3 (e)) L'ensenmble pourra, au depart,
comporter, outre le substrat
1 et les couches superposees 3, 9 et 7, une couche 'de si- liciure
metallique placee au dessus de la couche superieu-
+ re 7 de type N et entre cette couche et la couche epaisse d'oxide 11
Comme les siliciures metallique s'oxydent facilement, cette couche
d'oxide 11 pourra etre engendree par voie thermique L'introduction de
la couche de sili- ciure en question presente l'avantage de reduire la
resis- tance ohmique dans le chemin de contact anode-anode Une
variante du procede ci-dessus consiste a introduire dans l'ensemble,
au cours d'une phase ulterieure de la fa- brication, l'une ou l'autre
des couches dopees 3, 7 de ma- tiere semiconductrice Dans l'exemple
represente and la fi- gur E 4 (a) par exemple, le substrat 1 est en
matiere de type p et une seule zone dopee, la zone d'anode 7, est
realisee des le debut La mesa 5 est formee conme dans
u'exe::ple:recedent par attaque chimique orientee ou par abrasion au
faisceau d'ions, suivies de decapage isotropique, d'oxyda- tion, de de
1 et d'alu: inium par vapeur, et d'abrasion
La mesa 5 ainsi conformee masque alors le substrat 1 lors- que
l'impurete dopante est implantee a travers la couche d'oxide 13
(figure 4 (b)) Les zones dopees 3 ' et 3 " ainsi formees sont alors
recuites mais, comme la matiere consti- tutive de l'anode est, comme
dans l'exemple precedent, de l'aluminium, ce recuit doit etre conduit
avec soin (recuit a basse temperature, recuit thermique rapide, ou
recuit au rayon laser ou procede analogue) pour eviter la destruc-
tion du metal constituant l'electrode On pourra toutefoij utiliser,
pour le goulot, d'autres matieres telles que les siliciures
metalliques, le poly-silicon, etc Si l'on utilise une matiere
refractaire (le molybdenum, par exemple; on pourra recourir a des
temperatures de recuit plus ele- vees Les zones 3 ' et 3 " pourront
etre independantes l'u- ne de l'autre au point de vue electrique et
l'electrode de goulot 17 divisee en parties isolees en des points,de
la peripherie de la mess 5 On pourra ainsi fabriquer deux transistors
ayant une anode commune et une electrode d'a- node commune Le, ou les
contacts avec les zones 3 ' et 3 " seront realisees au cours de phases
additionnelles de fa- brication La calotte isolante 11 a, par
principe, une epaisseur de 0,3 l pour surplomber la mess 5 sans se
briser au cours des operations successives La couche isolante 15,
formee ulterieurement, pourra etre mince (par exemple 0,05 lu seu-
lement) et n'avoir que l'epaisseur necessaire pour assurer une
isolation efficace entre la matiere constitutive de la mesa et celle
du goulot 17
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1 Procede de fabrication d'un transistor a canal vertical caracterise
en ce qu'il comporte les phases successives suivantes: on prend un
substrat (1) en matiere semiconductrice et l'on y forme une mesa (5) a
bords lateraux quasi- perpendiculaires, coiffee d'une couche epaisse
(11) en matiere isolante; on creuse (ou detalonne) la matiere
constitutive de la mesa (5) de facon que la couche isolante (11) sur-
plombe et abrite la matiere sous-jacente constitutive de la mesa (5);
on forme une couche mince (15) en matiere isolante sur les bords
lateraux de la mesa (5); on depose une matiere conductrice (17)
recouvrant les bords lateraux isoles de la mesa (5); et on abrade au
faisceau d'ions la mesa recouverte (5) pour eliminer l'exces de
matiere conductrice et lais- ser subsister une electrode de goulot
isolee, verti- cale, et bien definie (17) dans la zone detalonnee de
la mesa (5) abritee par la couche isolante (11) en surplomb
2 Procede selon la Revendication 1, caracterise en ce que le substrat
(1) est fait d'une matiere semiconductrice monocristalline, et en ce
que la phase de formation de la mesa a bords quasiperpendiculaires
comporte les operations successives suivantes: on engendre, sur une
face du plan du cristal du sub- strat (1) une succession de couches
epitaxiales (3, 9 et 7) de matiere conductrice identique, les couches
contigues (3 et 9 ou 9 et 7) etant porteuses d'impu- retes dopantes de
type different; 251 1808 on forme, au dessus de la couche epitaxiale
supe- rieure (7), une couche epaisse de matiere isolante (11); on
elimine l'exces de matiere isolante (11) et l'on definit les bords
lateraux quasi-perpendiculaires de la mesa (5) au moyen d'un decapant
oriente
3 Procede selon la Revendication 2, caracterise en ce que le substrat
(1) et les couches epitaxiales (3, 9 et 7) sont en matiere
semiconductrice a base de silicon, lesdites couches epitaxiales etant
engendrees sur une face du plan de cristal 110 du substrat (1), et le
de- capant utilise se presentant sous forme d'une solution aqueuse
d'ethylenediamine-pyrocatachol catalyse par diazine
4 Procede selon une quelconque des Revendications 2 ou 3, caracterise
en ce qu'on applique une polarisation elec- tric dans l'interface
separant des matieres porteuses d'impuretes dopantes differentes (3,
9), l'abrasion de la matiere conductrice etant interrompue a ladite
inter- face (3/9) Procede selon une quelconque des Revendications 1,
2, 3 ou 4, caracteris J en ce que la matiere conductrice deposee (17)
est de l'aluminium, la phase de depot de ladite matiere (17)
s'effectuant par depot chimique a l'etat de vapeur
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