FR2530867A1 - Dispositifs mos a barriere de schottky et leur procede de fabrication - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LA TECHNOLOGIE DES SEMI-CONDUCTEURS. ON AMELIORE CONSIDERABLEMENT DES DISPOSITIFS MOS ET CMOS A BARRIERE DE SCHOTTKY EN DOPANT SELECTIVEMENT LES REGIONS 44, 45 QUI ENTOURENT LES CONTACTS DE SOURCE ET DE DRAIN A BARRIERE DE SCHOTTKY 35, 36. POUR DES DISPOSITIFS A CANAL P, ON EFFECTUE UN DOPAGE PAR DES ACCEPTEURS AVEC UNE PROCEDURE D'IMPLANTATION IONIQUE EN UNE ETAPE OU EN DEUX ETAPES. POUR DES DISPOSITIFS A CANAL N, ON EFFECTUE UN DOPAGE PAR DES DONNEURS AVEC UNE PROCEDURE EN DEUX ETAPES. DANS CHAQUE CAS, ON OBTIENT UNE AMELIORATION DE L'INJECTION DE COURANT DANS LE CANAL ET UNE DIMINUTION DU COURANT DE FUITE VERS LE SUBSTRAT. APPLICATION A LA FABRICATION DES CIRCUITS INTEGRES MOS ET CMOS.

Description

La présente invention concerne les structures en circuit intégré et elle

porte plus particulièrement sur des dispositifs consistant en transistors en circuit intégré du type métal-oxyde-semiconducteur (MOS) qui comprennent des contacts de source et de drain à barrière de Schottky, ainsi

que sur des procédés de fabrication de tels dispositifs.

On utilise habituellement l'expression "MOS" dans le domaine des semiconducteurs pour désigner des dispositifs ayant une structure conducteur-isolant-semiconducteur prévue pour commander la conduction dans le semiconducteur au moyen de tensions appliquées au conducteur Cette appellation n'implique pas que le conducteur soit nécessairement un métal au sens strict, ni que l'isolant soit nécessairement

un oxyde.

On sait que l'utilisation de contacts à barrière

de Schottky pour la source et le drain d'un dispositif con-

sistant en un transistor MOS à mode d'enrichissement et à

canal p ou à canal n, de type classique, procure des avanta-

ges de performances et de fabrication On sait également

maintenant que l'incorporation de tels contacts dans un cir-

cuit intégré classique employant des dispositifs consistant

en transistors de type métal-oxyde-semiconducteur complémen-

taire (CMOS) dans la même puce de substrat est très avanta-

geuse Comme il est indiqué dans le brevet US 4 300 152, l'incorporation de contacts de source et de drain à barrière de Schottky dans l'un au moins des dispositifs de la paire complémentaire de dispositifs MOS dans une structure CMOS, donne une configuration d'un grand intérêt qui est incapable de se verrouiller, à n'importe quelle densité d'implantation

des dispositifs.

On a cependant déterminé récemment, en particulier pour certains dispositifs MOS et CMOS à canal court et à faible tension présentant une importance pratique, que des

améliorations supplémentaires des caractéristiques de fonc-

tionnement de structure MOS et CMOS à barrière de Schottky proposées jusqu'à présent seraient avantageuses On s'est

aperçu en particulier que des améliorations seraient souhai-

tables en ce qui concerne les caractéristiques de fuite et le

niveau de courant que peuvent fournir de tels dispositifs.

Des efforts considérables ont donc été faits récemment pour

tenter d'améliorer ces propriétés des dispositifs.

Un but de l'invention est d'améliorer les caracté-

ristiques de tels dispositifs en ce qui concerne le niveau

de courant qu'ils sont capables de fournir, tout en mainte-

nant leur bonne immunité vis-à-vis de l'action de transistor bipolaire parasite (dispositifs MOS) et du verrouillage

(dispositifs CMOS).

L'invention procure une structure en circuit inté-

gré comprenant un ensemble de dispositifs MOS à barrière de Schottky, chacun de ces dispositifs étant formé dans une région semiconductrice d'un premier type de conductivité et comprenant des contacts de source et de drain à barrière de Schottky mutuellement espacés, et des-moyens pour induire électriquement un canal du type de conductivité opposé dans une région de canal entre les contacts de source et de drain, et comprenant en outre des régions, dopées avec une impureté qui tend à produire le type de conductivité opposé, aux frontières entre les contacts et la région semiconductrice, le dopage étant suffisamment faible pour ne pas augmenter notablement l'injection de porteurs minoritaires des contacts

vers la région semiconductrice, ces régions dopées compre-

nant des parties qui s'étendent latéralement en position adjacente à la région de canal dans le but d'abaisser la

hauteur de la barrière de Schottky contact-canal.

Ces régions dopées comprennent de préférence d'autres parties situées entre les contacts et la région semiconductrice dans le but de réduire le courant de fuite

entre les contacts et la région semiconductrice.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la

description qui va suivre de modes de réalisation et en se

référant aux dessins annexés sur lesquels

La figure 1 montre en coupe une partie d'un dispo-

sitif MOS à barrière de Schottky connu; Les figures 2 à 12 sont des représentations en coupe d'un dispositif MOS à barrière de Schottky à canal p

fabriqué conformément à l'invention, à divers stades succes-

sifs d'une séquence de fabrication qui comprend une procédu-

re d'implantation en une seule étape; -

Les figures 13 à 15 représentent en coupe un dis-

positif MOS à barrière de Schottky à canal p fabriqué con-

formément à l'invention, à divers stades successifs d'une

séquence de fabrication qui comprend une procédure d'implan-

tation en deux étapes; et Les figures 16 et 17 sont dés représentations en coupe d'un dispositif MOS à barrière de Schottky et à canal

n partiellement fabriqué, réalisé conformément à l'inven-

tion avec un procédé qui comprend également une procédure

d'implantation en-deux étapes.

La figure 1 montré une partie d'un dispositif MOS à barrière de Schottky et à canal p, d'un type connu dans la technique A titre d'exemple, le dispositif comprend un substrat de silicium 10, de type n, portant des régions d'oxyde de champ relativement épais, Il et 12, de type classique, une région en silicium polycristallin dopé 13, une couche d'oxyde de grille relativement mince 14 située sous la région de silicium polycristallin 13, et des parties en oxyde supplémentaires 15 et 16 qui sont formées sur les parois latérales de la région 130 -1 Une couche de siliciure 17, consistant par exemple en siliciure de platine, est représentée sur la figure 1 et recouvre la région de silicium polycristallin 13 La région h 3 et la couche 17 constituent conjointement un contact de grille avantageux, à faible résistivité, comme il est bien connu dans la technique En outre, des couches de siliciure de platine 18 et 19 font respectivement fonction de contacts de source et de drain, dans la structure représentée, de la manière qui est décrite par exemple par M P Lepselter et S.M Sze dans "SB-IGFET: An Insulated-Gate Field- Effect Transistor Using Schottky Barrier Contacts for Source and Drain", Proceedings of the IEEE, août 1968, pages 1400-1402. En outre, des structures du type représenté sur la figure 1, combinées avec des structures complémentaires à canal N de configuration similaire, formées dans des substrats ou des caissons de type p, peuvent être à la base

de la réalisation de dispositifs CMOS exempts de verrouilla-

ge, comme il est décrit en détail dans le brevet US 4 300 152

précité Par conséquent, dans toute la description faite ici,

il faut considérer que les structures et les techniques qui sont décrites sont applicables aussi bien à des dispositifs MOS à barrière de Schottky à canal p ou à canal n, selon ce qui est indiqué, qu'à des dispositifs CMOS à barrière de Schottky qui comprennent à la fois des parties à canal p et

des parties à canal N dans le meme substrat de puce.

Des dispositifs consistant en transistors à

barrière de Schottky connus du genre représenté partielle-

ment sur la figure 1 présentent des caractéristiques avanta-

geuses Ces dispositifs présentent aussi cependant certaines propriétés qui limitent leurs possibilités d'applications, spécialement pour le fonctionnement avec une tension faible, et en particulier pour ceux de ces dispositifs qui sont du type à canal court Ces propriétés limitatives comprennent une insuffisance du courant qui peut être fourni et, dans certains cas, une fuite défavorablement élevée des contacts

de drain vers le substrat.

Les inventeurs ont déterminé que l'insuffisance du courant que peut fournir la configuration de la figure 1 résulte d'au moins deux facteurs principaux Premièrement,

il existe inévitablement une séparation physique ou un espa-

ce entre le canal p induit électriquement, qui est formé

directement sous la région de grille en silicium polycris-

tallin 13, et les cotés en regard des couches de siliciure de platine 18 et 19 Secondement, il existe une hauteur de barrière de Schottky de 0,25 électron-volt entre le canal p et les couches 18 et 19 L'effet combiné de ces facteurs limite notablement l'aptitude de la source d'un tel disposi-

tif à injecter un courant dans le canal.

En outre, la fuite du contact de drain 19 (figure 1) vers le substrat 10 du dispositif représenté peut être relativement élevée Par exemple, le courant de fuite du drain vers le substrat du dispositif à barrière de Schottky est de façon caractéristique environ 100 fois supérieur à celui d'un dispositif MOS ayant des régions de source et de

drain classiques, diffusées ou implantées.

Dans les dispositifs décrits ci-après, les possi-

bilités d'un transistor à barrière de Schottky en ce qui concerne le courant qu'il peut fournir sont améliorées De plus, les propriétés de fuite du drain vers le substrat du dispositif sont améliorées tout en maintenant un facteur de Gummel d'émetteur relativement faible pour l'injection de porteurs minoritaires dans le substrat Il en résulte que la bonne immunité du dispositif à l'action de transistor

bipolaire parasite (pour un dispositif MOS) et au verrouil-

lage (pour un dispositif CMOS) est maintenue.

Dans un dispositif à barrière de Schottky à canal p réalisé conformément à l'invention, qu'on décrira en détail ci-après, on utilise une procédure d'implantation en une seule étape, produisant un dopage faible, par laquelle une couche mince d'accepteurs à concentration élevée est introduite en position immédiatement adjacente aux côtés des couches de siliciure de platine 1-8 et 19, dans la région entre le siliciure et le canal Ce dopage réduit la barrière de potentiel entre le canal p et les couches-de siliciure 18 et 19, ce qui permet aux porteurs de traverser la barrière par effet tunnel Ceci abaisse effectivement la hauteur de la barrière de Schottky entre le canal p et les couches 18 et 19 (en lui donnant par exemple une valeur d'environ 0,21 électron-volt en l'absence d'une tension de grille appliquée), tout en supprimant également la séparation physique entre le canal et les cotés en regard de ces couches Simultanément, ce dopage faible par des accepteurs élève la hauteur de la barrière de Schottky entre les couches de siliciure et le substrat n, 10, ou forme une Jonction p-n avec le substrat , ce qui réduit la fuite vers le substrat sans élever notablement le facteur de Gummel d'émetteur pour l'injection dans le substrat Pour avoir une explication du facteur de

Gummel, on pourra se référer à l'ouvrage de S M Sze, inti-

tulé The Physics of Semiconductor Devices, (J Wylie 1981)

2 ième édition, pages 140 et 145.

L'abaissement de la hauteur de la barrière de Schottky dans la région source-canal constitue une base effective pour améliorer l'injection de courant dans le canal Lorsqu'on applique une tension au contact de grille

d'un tel dispositif, il se produit une réduction supplémen-

taire de la hauteur de la barrière A titre d'exemple, la barrière résultante dans la région source-canal n'est alors

que d'environ 0,05 électron-volt.

Dans un autre dispositif à barrière de Schottky à

canal p, décrit ci-dessous, le dopage faible par 'des accep-

teurs des régions qui entourent les couches de siliciure 18 et 19 est réalisé au moyen d'une procédure d'implantation en deux étapes De cette manière, on obtient les avantages

indiqués au paragraphe immédiatement précédent et, simulta-

nément, on réduit la résistance dite résistance série ou de

chevauchement, qu'on définira ultérieurement.

Dans un exemple de dispositif à barrière de Schottky à canal n, on parvient également aux améliorations indiquées ci-dessus avec une procédure d'implantation en deux étapes Cette procédure et le dispositif qu'elle permet

de réaliser sont décrits en détail ci-dessous.

La figure 2 montre un dispositif à barrière de Schottky à canal p fabriqué conformément à l'invention, à un

stade précoce de sa fabrication A titre d'exemple particu-

lier, la structure représentée comprend un substrat de sili-

cium de type n, 20, une couche d'oxyde de grille 21 de 25 nm d'épaisseur, des couches d'oxyde'de champ'22 et 23 de 350 nm d'épaisseur, une région en silicium polycristallin dopé 24 de 350 nm d'épaisseur et une couche de matière de

réserve 25 de 1000 nm d'épaisseur.

On forme ensuite dans le substrat 20 des régions

p faiblement dopées et mutuellement espacées, comme l'indi-

que la figure 3 Des ions incidents, représentés par des flèches 26, pénètrent dans le substrat 20 de partout ou seule la couche d'oxyde relativement mince 21 recouvre la surface du substrat Les contours de ces régions implantées

sont désignés par des lignes-en tirets 27.

A titre d'exemple, on dirige vers la structure de la figure 3 du bore sous la f orme de difluorure de bore, avec une dose relativement faible d'environ 3 x 10 atomes de bore par centimètre carré Des régions implantées de

source et de drain classiques sont formées de façon caracté-

ristique par des doses incidentes environ 100 fois supérieures

à cette valeur.

On fait en sorte que la concentration maximale du dopant implanté se produise dans le substrat 20 et à la frontière entre la couche d'oxyde 21 et le substrat 20, ou à proximité de cette frontière Un moyen pour réaliser ceci consiste simplement à mesurer l'épaisseur de la couche d'oxyde 21, puis à sélectionner le niveau d'énergie de l'implantation ionique pour placer la concentration maximale au niveau désiré Ainsi, par exemple, pour une couche d'oxyde 21 de 25 nm d'épaisseur (figure 3), un niveau d'énergie des ions incidents d'environ 30 000 électrons-volts pour le difluorure de bore situe la concentration maximale des

regions implantées à la frontière spécifiée ou dans son voi-

sinage Dans une structure de dispositif particulière, cette

concentration est dtenviron 1,5 x 1018 atomes de bore par centi-

:mètre cublte sur une distance d'environ 10 nm à partir de la frontière, avec une distribution gaussienne de concentrations

décroissantes s'étendant verticalement et latéralement à par-

tir de la frontière On soulignera ultérieurement l'importan- ce de l'obtention d'une telle concentration maximale à la

frontière ou à son voisinage.

Dans certains cas, l'épaisseur de la couche d'oxyde 21 (figure 3) qui recouvre les régions à implanter peut, en pratique, ne pas être suffisamment uniforme pour que la région implantée ait le profil désiré Dans de tels cas, il est avantageux d'enlever la couche 21 par attaque, puis de former une nouvelle couche d'épaisseur constante, dans une opération de réoxydation séparée L'implantation à travers la nouvelle couche procurera le profil désiré dans le

substrat 20.

A l'étape suivante dans la procédure de fabrica-

tion, on enlève la couche de matière de réserve 25 (figure 3), puis on dépose une couche de dioxyde de silicium 28 (figure 4) sur la totalité de la surface de la structure représentée A titre d'exemple, on forme la couche 28 par une opération classique de dépôt chimique en phase vapeur (CVD),

et cette couche a une épaisseur minimale d'environ 50 nm.

Sur la figure 4, des lignes en tirets 29 indiquent l'étendue de la couche d'oxyde 21 et des régions d'oxyde de champ 22

et 23 avant que la couche d'oxyde 28 leur soit ajoutée.

Selon une variante, si on désire une couche d'oxyde

28 plus mince, comme ce serait le cas sur la figure 1 si on dé-

sirait établir une séparation minimale entre les couches de siliciure 18 et 19 et la région de canal, on peut remplacer l'opération de dépôt d'oxyde par CVD par une pulvérisation inverse d'oxygène appliquée à la couche d'oxyde 21 (figure

3) Une telle opération, constituant une variante, peut reve-

tir de façon fiable la structure représentée avec une couche mince d'oxyde (d'une épaisseur pouvant descendre jusqu'à nm), comme il est décrit en détail dans le brevet publié

de la R F A DE-A-3245276.

On soumet ensuite la structure de la figure 4 à un traitement thermique, par exemple à 9000 C pendant environ 10 minutes dans une atmosphère d'azote Ceci a pour fonction de recuire les régions implantées spécifiées précédemment, de rendre plus dense la couche d'oxyde 28 et de piéger des

impuretés provenant du substrat 20.

Selon une variante, pour certains siliciures

supportant une température élevée (par exemple le disiliciu-

re de cobalt), il est avantageux d'accomplir l'opération de traitement thermique à un stade ultérieur de la procédure de fabrication De cette manière, le piégeage des impuretés

est effectué plus efficacement -

On soumet ensuite la couche d'oxyde 28 de la figu-

re 4 à une attaque anisotrope, par exemple dans une opéra-

tion d'attaque par pulvérisation (ou ionique) réactive, dans un plasma de CHF 3, à une pression d'environ 9 Pa, avec une

densité de puissance au niveau de la surface attaquée d'en-

viron 0,16 W/cm 2 et sous une tension d'environ 600 V On effectue l'attaque pour enlever complètement la couche 28 et la couche d'oxyde 21 de la surface du substrat de silicium

dans les régions qui recouvrent les régions implantées.

La figure 5 montre la structure résultante Les

parties restantes de la couche d'oxyde 28 (figure 4) com-

prennent des couches 30 sur les parois latérales de la

région en silicium polycristallin 24 Ces couches diélectri-

ques 30 font fonction d'isolants entre des éléments en sili-

ciure qui seront formés ultérieurement, et la région 24 En l'absence des couches 30, la région de grille 24 pourrait

être mise en court-circuit avec le substrat 20 par les élé-

ments en siliciure.

On effectue ensuite un nettoyage des régions de surface à nu du substrat 20 On effectue par exemple ceci dans une opération classique de pulvérisation inverse dans

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o de l'argon, comme le montre la figure 6, sur laquelle des

flèches 31 désignent des ions argon incidents A titre d'exem-

ple, on enlève une partie d'une étendue verticale d'environ nm des régions de surface à nu On enlève de plus des quantités similaires dans les surfaces des régions d'oxyde de champ 22 et * 23, dans les surfaces supérieures des couches d'oxyde de paroi latérale 30 et dans la surface de la région

en silicium polycristallin 24 Des lignes en tirets 32 indi-

quent l'emplacement des surfaces de ces régions avant la pul-

vérisation.

On dépose ensuite-du platine (représenté par des

flèches 33 sur la figure 7) sur la structure, par pulvérisa-

tion A titre d'exemple, on forme ainsi une couche de platine 34 d'une épaisseur de 16 nm On soumet ensuite la couche déposée à un traitement thermique, par exemple dans de l'argon avec 5 % d'oxygène, à 6250 C pendant environ 6 minutes Ceci a pour effet de convertir en siliciure de platine les parties de la couche 34 qui recouvrent directement le

substrat en silicium 20 et la région en silicium polycristal-

lin 24 Une attaque par voie humide avec de l'eau régale per-

met ensuite d'enlever la totalité de la couche 34, sauf ses parties qui ont été converties en siliciure de platine A ce

point de la procédure de fabrication, la structure se présen-

te de la manière indiquée sur la figure 8.

Sur la figure 8, les parties en siliciure de plati-

ne 35 et 36 constituent des contacts de source et de drain à

barrière de Schottky à faible résistivité De plus, une par-

tie en siliciure de platine 37 et une région en silicium polycristallin 24 constituent conjointement un contact de

grille avantageux, à faible résistivité.

Les contacts 35 et 36 (figure 8) consistant en siliciure de platine sont respectivement incorporés dans des régions implantées qui, globalement, sont dopées de façon relativement faible Chacune de ces régions dopées de façon relativement faible présente cependant une concentration en dopants relativement élevée dans une position immédiatement adjacente au côté de chaque contact en siliciure qui fait

face à la région de canal p se trouvant sous la couche d'oicy-

de de grille 21 En particulier, on fait en sorte que la con-

centration élevée en dopants accepteurs apparaisse en posi- tion adjacente à chaque côté du contact en siliciure Il en

résulte que la barrière de Schottky siliciure-canal est rem-

placée par une barrière de Schottky siliciure-zone implantée, très inférieure, en série avec la région de queue de la zone

implantée qui chevauche la grille Cette région de chevau-

chement donne naissance à une composante de résistance série,

qu'on appelle "résistance de chevauchement".

En outre, les dopants accepteurs qui se trouvent

dans les régions situées directement au-dessous des con-

tacts de source et de drain en siliciure 35 et 36 (figure 8) ont pour effet d'élever la hauteur de la barrière de Schottky entre ces contacts et le substrat 20 Il en est ainsi si une concentration suffisante d'atomes accepteurs est établie sur une distance à partir de la frontière

contact-substrat qui est inférieure à la largeur de déplé-

tion dans la région contact-substrat Selon une variante, la région p qui est établie par les dopants peut former une jonction p-n avec le substrat n Dans un cas comme dans l'autre, la fuite de courant vers le substrat pendant le fonctionnement du dispositif est ainsi notablement réduite par rapport à la fuite de contacts à barrière de Schottky non dopés Cependant, simultanément, le facteur de Gummel d'émetteur pour l'injection de porteurs minoritaires dans le substrat à partir de ces régions faiblement dopées n'est pas

notablement augmenté.

Les étapes suivantes de la procédure de fabrica-

tion sont représentées sur la figure 9 qui montre une couche d'o-oyde 38 et une couche de matière de réserve 39 déposée

par centrifugation qui recouvrent la structure décrite pré-

cédermmient La couche d'oxyde 38 est formée par exemple dans une opération de dépôt chimique en phase vapeur à température relativement basse (moins de 6000 C) A titre d'exemple, la couche 38 a une épaisseur d'environ 1 micromètre, de même que

la couche de matière de réserve 39.

Ensuite, conformément au procédé d'aplanissement décrit par A C Adams dans "Plasma Planarization," Solid State Technology, Volume 24, pages 178- 181, avril 1981, on enlève la couche 39 et une partie de la couche 38 dans une opération d'attaque par pulvérisation réactive La structure

résultante, représentée sur la figure 10, comprend une cou-

che d'oxyde 38 amincie ayant avantageusement une surface

supérieure plane.

On utilise ensuite d'autres opérations classiques

connues dans la technique pour définir des fenêtres de con-

tact dans la couche d'oxyde 38 de la figure 10 Comme il est indiqué sur la figure 11, une couche de matière de réserve gravée 39 est employée comme masque pendant une opération d'attaque anisotrope dans laquelle une fenêtre est formée

dans la couche 38, en position centrale par rapport au con-

tact de source 35 Ensuite, après nettoyage de la partie de surface à nu du contact 35 dans une opération classique de

pulvérisation inverse par l'argon, on applique une métalli-

sation intercouche avantageuse à trois niveaux sur la totali-

té de la surface supérieure de la structure, en préparation

pour une opération ultérieure de métallisation avec de l'alu-

minium A titre d'exemple, la métallisation à trois niveaux représentée sur la figure 11 comprend, du bas vers le haut, une couche 40 de nitrure de titane de 20 nm d'épaisseur, une

couche 41 de titane de 200 nm d'épaisseur et une autre cou-

che 42 de nitrure de titane de 20 nm d'épaisseur On enlève

ensuite dans une opération de décollement classique les par-

ties de cette métallisation qui recouvrent la couche de matière de réserve 39, ainsi que la matière de réserve elle-même Bien entendu, on peut également employer d'autres

procédés pour établir une couche de barrière entre le sili-

ciure et l'aluminium déposé par la suite.

On dépose ensuite une couche d'aluminium d'une

épaisseur d'un micromètre sur la totalité de la surface supé-

rieure de la structure, et on définit un motif dans cette couche d'une manière classique, comme l'indique l'a figure 12.

La couche d'aluminium 43 formant un motif établit une conne-

xion électrique avec le contact de source 35 par l'intermé-

diaire de la métallisation à trois niveaux Cette couche établit également des connexions similaires, non représentées, avec d'autres contacts de source et des contacts de drain et

de grille incorporés dans le dispositif en circuit intégré.

Pour certaines applications, un dispositif à canal

p du type décrit ci-dessus peut présenter une résistance -

série de chevauchement d'une valeur défavorablement élevée,

dans la région source-canal On a déterminé que cette résis-

tance est attribuable aux parties de queue de la distribu-

tion de la concentration de dopants On a trouvé qu'il était possible de réduire cette résistance en établissant une diminution plus abrupte de la queue de la distribution dans la région de chevauchement source-canal En particulier, on fait en sorte que le maximum se trouve comme précédemment à la frontière entre le côté de chaque contact de source en siliciure et la région de canal p, ou au voisinage de cette frontière, avec cependant une diminution plus-abrupte que

précédemment dans la concentration de dopants lorsque la dis-

tance augmente de la frontière vers le canal.

Plus précisément, on peut réduire la résistance série d'un dispositif à canal p considéré à titre d'exemple, en réduisant l'énergie des ions accepteurs incidents Ainsi, en utilisant une dose incidente identique à celle spécifiée

ci-dessus, mais avec une énergie d'environ 5 000 électrons-

volts seulement, et sans oxyde d'implantation, on peut obte-

nir en fait une réduction de la résistance série-dans un rapport d'environ six, tout en parvenant à une plus grande diminution de la hauteur de la barrière de Schottky dans la région source-canal Des lignes en tirets 44 sur la figure 13 représentent les régions dopées relativement peu profondes qui sont ainsi formées A titre d'exemple, la concentration en accepteurs sur une distance d'environ 15 nm à partir de la frontière siliciure-canal est dans ce cas d'environ

2,5 x 10 8 atomes accepteurs par centimètre cube.

Des contacts en siliciure formés ultérieurement dans la structure de la figure 13, de la manière décrite ci-dessus à titre d'exemple, peuvent en réalité traverser les régions dopées peu profondes et venir en contact avec le substrat n Si ce phénomène, appelé percement, se produit, on

perd évidemment les avantages notables mentionnés précédem-

ment qui résultent de l'existence d'une région p faiblement

dopée au-dessous des contacts en siliciure. Il est donc avantageux de modifier la procédure décrite précédemment pour

fabriquer un dispositif à canal p en accomplissant en outre une seconde étape d'implantation d'accepteurs Dans cette seconde étape, on optimise les paramètres de la zone implantée de façon à minimiser la fuite de courant vers le substrat, tout en maintenant un facteur de

Gummel d'émetteur faible pour l'injection de porteurs minori-

taires dans le substrat.

Comme indiqué sur la figure 14, le nettoyage par pulvérisation de la surface du substrat 20 dans les régions de source et de drain peut former des indentations notables dans la surface Ces indentations peuvent, d'elles-mêmes ou en association avec la formation ultérieure de siliciure

pendant le traitement thermique, s'étendre au-dessous du con-

tour 44 des premières régions implantées.

On effectue donc une seconde implantation dans la structure de la figure 14 (après la formation des parties d'oxyde de paroi latérale 30) A titre d'exemple, cette implantation est effectuée avec du difluorure de bore à une

dose relativement faible de 10 atomes de bore par centimè-

tre carré, et avec une énergie de 60 000 électrons-volts La ligne en tirets 45 sur la figure 14 indique le contour de

cette seconde région implantée A titre d'exemple, la concen-

tration moyenne en accepteurs dans cette région est d'envi-

ron 1,5 x 10 atomes accepteurs par centimètre cube.

La seconde région implantée représentée sur la figure 14-est suffisamment profonde pour qu'il ne se produise

pas de percement au moment de la formation ultérieure des con-

* tacts en siliciure Ceci est xreprésenté_sur la figure 15, sur laquelle des régions dopées sont représentées au-dessous des

contacts en siliciure 35 et 36.

Un dispositif avantageux consistant en un transis-

tor MOS à barrière de Schottky du type à canal N est fabriqué conformément à une procédure qui comprend également une séquence d'implantation en deux étapes Le dispositif qui est fabriqué de cette manière est similaire à de nombreux égards à ceux décrits ci-dessus et un grand nombre des techniques de

fabrication indiquées précédemment sont applicables.

A titre d'exemple particulier d'un dispositif fabriqué en utilisant une telle séquence de deux étapes, la

figure 16 montre un dispositif à canal N partiellement fabri-

qué Le dispositif comprend un substrat en silicium de type p, 50, sur lequel se trouvent des régions d'oxyde de champ 52 et 53, une région en silicium polycristallin dopé 54 ayant des parties dioxyde de paroi latérale 55 et 56, et une couche

d'oxyde de grille 57.

Des lignes en tirets 59 sur la figure 16 indiquent

des parties de la surface d'origine du substrat 50 On accom-

plit une première étape d'implantation ionique à un moment auquel ces parties de surface ont la configuration définie par

les lignes 59.

Dans la première étape d'implantation ionique, on dirige une impureté de type donneur, telle que l'arsenicvers une version antérieure de la structure de la figure 16 (c'est-à-dire une version qui ne comporte pas les parties

d'oxyde 55 et 56), avec une dose d'environ 1014 atomes d'arse-

nic par centimètre cube, à une énergie d'environ 10 000 élec-

trons-volts On forme ainsi des réglions implantées de faible profondeur (d'une profondeur d'environ 30 nm), chacune d'elles présentant une concentration en dopants relativement élevée immédiatement au-dessous et sur les cotés des parties de sur- face 59 (Des lignes en tirets 60 sur la figure 16 indiquent les étendues verticale et latérale des premières régions

d'implantation ionique) A titre d'exemple, cette concentra-

tien élevée est d'environ 2,5 x 1019 atomes d'arsenic par cen-

timètre cube sur une distance d'environ 10 nu à partir de la surface 59, et cette concentration a pour effet d'abaisser

la barrière de Schottky relativement élevée, de 0,85 électron-

volt, qui existerait par ailleurs entre les contacts en sili-

ciure formés ultérieurement et la région de canal N située

sous la région en silicium polycristallin 54.

Après la première implantation ionique indiquée ci-dessus, on forme les parois latérales d'oxyde 55 et 56, par exemple de la manière décrite cidessus On effectue ensuite une attaque anisotrope des parties de surface en

silicium 59, dans une opération classique d'attaque par pul-

vérisation réactive, jusqu'à une profondeur d'environ 60 nm

ou plus A ce point dans la séquence de fabrication, les par-

ties de surface qui sont ainsi attaquées forment des cavités au-dessous de la surface principale du substrat 50, comme le

montre la figure 16.

Après l'opération d'attaque spécifiée, seules des parties latérales des premières régions implantées demeurent dans le substrat 50 de la figure 16 La référence 61 désigne chacune des parties latérales adjacentes à la région de canal

dans la structure de la figure 16 Ces parties latérales res-

tantes 61 sont les parties d'abaissement de la barrière de Schottky de la première zone implantée La concentration et

le profil des impuretés dans ces parties latérales sont ajus-

tés de façon à optimiser l'injection de courant dans le canal

tout en minimisant la résistance de chevauchement.

Ensuite, dans une seconde étape d'implantation ionique, on forme des régions de type donneur faiblement dopées, 62, dans la structure de la figure 16 On établit ces régions 62 de façon à optimiser la caractéristique de faible courant de fuite du dispositif représenté A titre d'exemple, la seconde zone implantée correspond à une dose incidente d'environ 5 x 102 atomes d'arsenic par centimètre carré; avec une énergie dont la valeur dépend de lépaisseur de siliciure

désirée Ceci produit des zones implantées relativement pro-

fondes et à faible concentration qui, dans le dispositif ter-

miné, entourent les contacts en siliciure formés ultérieure-

ment et limitent ainsi notablement le courant de fuite allant des contacts vers le substrat 50 A titre d'exemple, ces zones implantées sont ajustées de façon à former des jonctions

p-n à fuite extrêmement faible au-dessous des contacts Simul-

tanément, les zones implantées sont conçues-de façon à mainte-

nir un facteur de Gummel d'émetteur relativement faible pour

l'injection de porteurs minoritaires dans le substrat.

Ensuite, après une opération de recuit classique,

on forme des contacts en siliciure de platine dans la structu-

re décrite, par exemple de la manière décrite ci-dessus La figure 17 montre des contacts de source et de drain portant respectivement les références 64 et 65 A titre d'exemple, l'épaisseur t de chacun des contacts ainsi que l'épaisseur d'une partie en siliciure 66 recouvrant la région en silicium

polycristallin 54 sont approximativement de 100 nm.

On établit ensuite des connexions électriques avec les contacts de source, de drain et de grille de la structure à canal N qui est représentée sur la figure 17 On peut par

exemple effectuer ceci en suivant une procédure globale iden-

tique à celle indiquée ci-dessus en relation avec la descrip-

tion des figures 9 à 12.

L'homme de l'art peut imaginer de nombreuses modifi-

cations et variantes pour les modes de réalisation décrits ci-dessus, sans sortir du cadre de l'invention Par exemple, dans les procédures d'implantation en deux étapes décrites ci-dessus, on implante à chaque étape le même type de dopant, mais non nécessairement la même substance On peut en outre

utiliser des siliciures autres que le siliciure de platine.

Si par exemple on utilise du disiliciure de cobalt dans un dispositif à canal n, la dose employée pour la première zone

implantée de la procédure en deux étapes est réduite en pra-

tique (de façon caractéristique dans un rapport d'environ

deux), par rapport à celle qui est employée pour un disposi-

tif comprenant du siliciure de platine Ceci vient du fait que la barrière disiliciure de cobalt-canal N est de 0,68 électron-volt, au lieu de O,85 électron-volt pour le siliciure de platine De plus, avec le disiliciure de cobalt, une fois que des parties de source et de drain du

substrat en silicium ont été soumises à une attaque anisotro-

pe (comme le montre la figure 16), on peut former du disili-

ciure de cobalt tout en procédant simultanément au recuit de la première zone implantée On forme ensuite la seconde zone implantée, par implantation à travers le disiliciure de cobalt avec une énergie suffisamment élevée pour incorporer complètement le disiliciure de cobalt dans la seconde zone implantée On peut ensuite effectuer le recuit de la seconde zone implantée, après le dépôt de la couche diélectrique de recouvrement (couche 38 sur la figure 9) Ceci améliore l'effet de piégeage de ce dernier traitement thermique De plus, du fait que le disiliciure de cobalt est capable de tolérer des températures plus élevées que le siliciure de

platine, on peut sélectionner pour l'inclusion dans le dis-

positif un diélectrique de recouvrement ayant une propriété

avantageuse de passivation (obtenue par augmentation, à tem-

pérature élevée, de la densité du diélectrique).

Claims (18)

REVENDICATIONS

1 Structure de circuit intégré comprenant un ensemble de dispositifs MOS à barrière de Schottky, chacun de ces dispositifs étant formé dans une région semiconductrice ( 20, 50) d'un premier type de conductivité et comprenant des contacts de source et de drain à barrière de Schottky ( 35, 36, 64, 65) mutuellement espacés, et des moyens ( 24, 37, 54,

66) pour induire électriquement un canal du type de conduc-

tivité opposé dans vne région de canal entre les contacts de source et de drain, caractérisée par des régions ( 27, 44, 45, 61, 62) dopées avec une impureté qui tend à produire le type de conductivité opposé, aux frontières entre les contacts ( 35, 36, 64, 65) et la région semiconductrice ( 20, 50), le

dopage étant suffisamment faible pour ne pas augmenter nota-

blement l'injection de porteurs minoritaires des contacts

vers la région semiconductrice, et ces régions dopées compre-

nant des parties qui s'étendent latéralement ( 44, 61) en position adjacente à la région de canal, pour abaisser la

hauteur de la barrière de Schottky contact-canal.

2 Structure selon la revendication 1, caractéri-

sée en ce que les régions dopées comprennent d'autres parties ( 45, 62) entre les contacts ( 35, 36, 64, 65) et la région

semiconductrice ( 20, 50), ayant pour but de réduire le cou-

rant de fuite entre les contacts et la région semiconductri-

ce.

3 Structure selon la revendication 2, caractéri-

sée en ce que la concentration maximale du dopant dans chacu-

ne des autres parties ( 45, 62) est située à une distance de la frontière qui est inférieure à la largeur de déplétion

entre le contact de drain et la région semiconductrice.

4 Structure selon la revendication 2, caractéri-

sée en ce que les autres parties dopées ( 45, 62) forment des jonctions pn avec la région semiconductriceo o Structure selon l'une quelconque des revendica-

tions 3 ou 4, caractérisée en ce que la région semiconductri-

ce consiste en silicium de type N et les régions dopées sont formées par implantation d'impuretés de type accepteur en une

seule étape d'implantation ionique.

6 Structure selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 5, caractérisée en ce que la concentration maxima-

le du dopant dans chacune des parties s'étendant latérale-

ment ( 44, 61) se trouve à une distance de la frontière qui est inférieure à la largeur de déplétion entre le contact de

source et la région de canal.

7 Structure selon la revendication 5, caractéri-

sée en ce que les contacts sont en siliciure de platine, la région dopée est dopée avec du bore, la concentration de bore dans les parties dopées s'étendant latéralement est d'environ 2,5 x 10 atomes de bore par centimètre cube, sur une distance d'environ 15 nm à partir de la frontière, et la concentration moyenne de bore dans les autres parties dopées est d'environ 1,5 xl O 1 atomes de bore par centimètre cube

sur une distance d'environ 0,1 pm au-dessous du siliciure.

8 Structure selon l'une quelconque des revendica-

tions 3 ou 4, caractérisée en ce que la région semiconductri-

ce consiste en silicium de type p et la région dopée est formée par implantation d'impuretés de type donneur dans une

procédure d'implantation ionique en deux étapes.

9 Structure selon la revendication 8, caractéri-

sée en ce que les contacts sont en siliciure de platine ou en disiliciure de cobalt, la région dopée est dopée avec de l'arsenic, la concentration en arsenic dans les parties dopées s'étendant latéralement est d'environ 4 xl O 19 atomes d'arsenic par centimètre cube sur une distance d'environ nr à partir de la frontière, et la concentration moyenne d'arsenic dans les autres parties dopées est d'environ

1,5 x 10 atomes d'arsenic par centimètre cube sur une distan-

ce d'environ 0,1 fm au-dessous du siliciure.

10 Procédé de fabrication d'une structure de cir-

cuit intégré comprenant un ensemble de dispositifs MOS à barrière de Schottky, chacun d'eux comprenant des contacts de source et de drain à barrière de Schottky ( 35, 36, 64, ) et une électrode de grille ( 24, 37, 54, 66) destinée à induire électriquement un canal dans une région de canal entre les contacts de source et de drain dans un substrat semiconducteur, caractérisé en ce qu'on dope la région ( 44, 61) s'étendant latéralement à partir du contact de source ( 35, 64) vers la région de canal de chaque dispositif, à

proximité immédiate du contact de source, de façon à dimi-

nuer la hauteur de la barrière de Schottky entre le contact

de source et la région de canal, et on dope une région con-

tenant chaque contact dans le but de réduire le courant de

fuite vers le substrat, sans augmenter notablement le fac-

teur de Gummel d'émetteur pour l'injection de porteurs minc-

ritaires dans le substrat.

11 Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'on accomplit le dopage de la région s'étendant latéralement et de la région contenant chaque contact au moyen d'une procédure d'implantation ionique en une seule étape. 12 Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que le substrat semiconducteur ( 20) est en silicium de type n, ies contacts de source et de drain ( 35, 36) sont en

siliciure de platine et le dopant introduit dans la procédu-

re en une seule étape est du bore.

13 Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la concentration de bore qui est établie dans les

régions s'étendant latéralement est d'environ 2,5 x 1108 ato-

mes de bore par centimètre cube sur une distance d'environ nm à partir de la frontière entre le contact de source et la région s'étendant latéralement, et la concentration moyenne de bore dans les régions contenant chaque contact est d'environ 1, x 1018 atomes de bore par centimètre cube,

sur une distance d'environ 0,1 pim au-dessous du siliciure.

14 Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'on accomplit séquentiellement le dopage de la région

s'étendant latéralement et de la région contenant chaque con-

tact, au moyen d'une procédure d'implantation ionique en deux étapes. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le substrat semiconducteur ( 20) est en silicium de type n, les contacts de source et de drain ( 36) sont en

siliciure de platine, et le dopant qui est introduit à cha-

que étape de la procédure en deux étapes est du bore.

16 Procédé selon la revendication 15, caractérisé

en ce que, à la première étape de la procédure en deux éta-

pes, on établit une concentration de bore d'environ 2,5 x 10 atomes par centimètre cube dans chacune des régions s'étendant latéralement ( 44), sur une distance d'environ

nm à partir de la frontière entre chaque contact de sour-

ce formé ultérieurement et la région située entre le contact

de source et le canal.

17 Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que, après la première étape, on forme des parois latérales diélectriques ( 30) sur les électrodes de grille ( 24) pour recouvrir les régions s'étendant latéralement, après quoi on accomplit la seconde étape de la procédure en deux étapes pour établir une concentration de bore d'environ 1,5 xl O atomes par centimètre cube dans chacune des régions

contenant les contacts.

18 Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que, après la seconde étape, on forme respectivement les contacts en siliciure ( 36) dans des parties de surface

du substrat, dans les régions ( 45) contenant les contacts.

19 Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le substrat semiconducteur ( 50) est en silicium de

type p, les contacts de source et de drain ( 65) sont en sili-

ciure de platine, et le dopant introduit dans chaque étape de

la procédure en *deux étapes est de l'arsenic.

Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce que dans la première étape de la procédure en deux étapes, on forme une région implantée de faible profondeur ayant une concentration en arsenic d'environ 2,5 x 10 '9 atomes par centimètre cube, dans chacune des régions s'étendant latéralement ( 61), sur une distance d'environ 10 nm à partir

de la frontière entre chaque contact de source formé ulté-

rieurement et la région située entre le contact de source et

le canal.

21 Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce que, après la première étape, on forme des parois latérales diélectriques ( 56) sur l'électrode de grille ( 54)

pour recouvrir les régions s'étendant latéralement ( 61).

22 Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce qu'on attaque des parties de surface du substrat pour enlever toutes les régions implantées de faible profondeur,

à l'exception des parties ( 61) masquées par les parois laté-

rales diélectriques ( 56), puis on accomplit la seconde étape

de la procédure en deux étapes, pour établir une concentra-

tion moyenne d'arsenic d'environ 1,5 x 108 atomes par centimè-

tre cube-, dans chacune des régions ( 62) contenant les con-

tacts. 23 Procédé selon la revendication 22, caractérisé en ce que, après la seconde étape, on forme respectivement les contacts en siliciure ( 65) dans des parties de surface

du substrat, dans les régions contenant les contacts.