CH542518A - Circuit à transistors MOS complémentaires et son procédé de fabrication - Google Patents

Circuit à transistors MOS complémentaires et son procédé de fabrication

Info

Publication number
CH542518A
CH542518A CH234372A CH234372A CH542518A CH 542518 A CH542518 A CH 542518A CH 234372 A CH234372 A CH 234372A CH 234372 A CH234372 A CH 234372A CH 542518 A CH542518 A CH 542518A
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
doped
layer
gate
substrate
transistors
Prior art date
Application number
CH234372A
Other languages
English (en)
Inventor
Gerber Bernard
Leuenberger Fritz
Original Assignee
Centre Electron Horloger
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre Electron Horloger filed Critical Centre Electron Horloger
Priority to CH234372A priority Critical patent/CH542518A/fr
Publication of CH542518A publication Critical patent/CH542518A/fr

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P95/00—Generic processes or apparatus for manufacture or treatments not covered by the other groups of this subclass
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/80—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integration of IGFETs
    • H10D84/82—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integration of IGFETs of only field-effect components
    • H10D84/83—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integration of IGFETs of only field-effect components of only insulated-gate FETs [IGFET]
    • H10D84/85—Complementary IGFETs, e.g. CMOS
    • H10D84/858—Complementary IGFETs, e.g. CMOS comprising a P-type well but not an N-type well
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass

Landscapes

  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description


  
 



   L'invention a pour objet un circuit à transistors MOS complémentaires à grille en silicium ainsi que son procédé de fabrication.



   L'emploi de transistors MOS complémentaires est particulière.



  ment bien adapté à la réalisation de circuits diviseurs à faible consommation. En effet, leur consommation de puissance est donnée par la relation P = fcV2 où f est la fréquence d'entrée du signal logique, C la somme pondérée des différentes capacités du circuit et
V la tension d'alimentation. La fréquence d'opération, que   l'on    désire maximale, est d'autant plus élevée que la différence entre la tension d'alimentation et la tension de seuil du transistor est grande (pour autant que le courant statique de la structure reste faible). Elle est en outre proportionnelle à   l/L2    où L est la longueur du canal du transistor (séparation entre source et drain). De plus, la réduction des capacités diminue la puissance dynamique du circuit.

  Les paramètres de la plus grande importance dans un procédé de fabrication sont donc: la largeur du canal L, la tension de seuil et les considérations géométriques et techniques permettant de réduire au maximum les capacités dues aux surfaces des zones diffusées, aux diffusions latérales, aux recouvrements des zones diffusées par la grille du transistor (capacité de Miller), aux largeurs des intercon   flexions    métalliques, etc.



   Des transistors MOS complémentaires à grille en aluminium Ont déjà été réalisés et leurs limitations sont décrites en détail dans
 la référence suivante: R.W. Ahrons and P. Gardner  Interaction of
Technology and Performance in Complementary Symmetry MOS
 Integrated Circuits , IEEE J. of Solid-State Circuits, vol. 5, No. 1, p. 24, Feb. 1970. En résumé, ces limitations sont: difficulté d'obtenir de faibles tensions de seuil pour les MOST à canal p, diffusions
 latérales importantes, capacité   grilledrain    élevée par suite de la
 nécessité d'un recouvrement total du canal par l'électrode d'alu
 minium, ce recouvrement étant inhérent à la précision des masques
 photolithographiques ainsi qu'à leur superposition.

  L'utilisation
 d'oxydes dopés comme sources de diffusions simultanées des
 régions source et drain des MOS des deux types, proposée par
 Ahrons, permet de réduire les capacités   grilledrain    sans pour autant
 les éliminer totalement, ainsi que la possibilité d'utiliser des lon
 gueurs de canal plus faibles. Cependant, ces améliorations se font
 au prix d'une complexité plus grande de fabrication.



   Le transistor à grille en silicium polycristallin, outre la réduction de la tension de seuil d'environ 1V pour le MOST à canal p, a
 l'avantage d'une structure auto-alignée, c'est-à-dire que l'électrode en Si-poly sert de masque à la diffusion des régions source et drain. Les capacités   grilledrain    sont fortement réduites. Par suite de l'oxydation de la grille au début du procédé de fabrication, les diffusions des jonctions source et drain sont les seuls procédés à    haute température aprés le dépôt du silicium polycristallin (diffu
    sions latérales réduites).



   Un procédé de fabrication de MOST complémentaires à grille
 en silicium utilisant une diffusion séquentielle des transistors des
 deux types est décrit par Burgess et Daniels dans  C/MOS unites
 with silicon gate to yield micro power technology , Electronics,
 August 30, p. 38, 1971. Il est complexe puisqu'il nécessite sept
 masques photolithographiques, trois dépositions d'oxyde en plus
 des deux prédépositions. Malgré les structures auto-alignées des
 transistors à canal p et n, la diffusion séquentielle est une limitation
 importante à l'utilisation de structures de dimensions minimales
   (trés    faibles diffusions latérales, longueur de canal minimale): en
 effet, on ne peut pas empêcher les régions source et drain du MOST
 à canal p de diffuser pendant la prédéposition des régions source,
 drain et grille du MOST à canal n.



   Le but de l'invention est de supprimer ces inconvénients et de
 proposer un circuit à transistors complémentaires présentant de
 meilleures caractéristiques que celles obtenues selon les procédés
 connus.



   Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de
 fabrication de ce circuit plus simple, dans lequel le nombre des
 opérations successives est plus petit par rapport aux procédés
 connus.



   Le circuit selon l'invention est caractérisé en ce que les zones de source, de drain et de grille de chaque transistor sont recouvertes d'au moins une couche isolante dopée.



   Le procédé de fabrication de ce   circuit,    dans lequel on délimite sur un substrat au silicium un caisson de conductibilité inverse à celle du substrat, en ce qu'on fait croitre une couche isolante sur le substrat pour délimiter deux fenêtres,   l'une    sur le substrat, l'autre sur le caisson, en ce qu'on dépose une couche de silicium polycristallin que   l'on    grave sélectivement pour définir les régions de la source, du drain et de la grille des transistors dans chaque fenêtre, est caractérisé en ce qu'on dépose sur la surface totale de chaque fenêtre une couche d'oxyde dopé de conductibilité inverse à celle du substrat, respectivement du caisson et en ce qu'on effectue simultanément la diffusion des deux couches dopées dans les régions source, drain et grille des transistors des deux types.



   Le procédé décrit   cidessus    permet la fabrication de structures de dimensions minimales (par exemple: longueur du canal du transistor de 6# et largeur de   10tut)    par suite de la diffusion simultanée sans pour autant diminuer le rendement de fabrication et tout en simplifiant au maximum la réalisation de circuits à MOST complémentaires.



   Le circuit obtenu par la mise en oeuvre du procédé présente de meilleures caractéristiques que celles des circuits complémentaires connus, en particulier capacité   grilledrain    réduite, de même que les diffusions latérales. Le circuit peut donc être utilisé pour des fréquences très élevées et ne présente qu'une faible consommation dynamique (pertes réduites).



   Le dessin représente, à titre d'exemple, les phases successives du procédé de fabrication des transistors complémentaires à grille de
Si, objet de l'invention.



   Après nettoyage, une plaque 1 en silicium de type n, de résisti
 vité de 3-5 Qcm et d'orientation  < 100 >  est oxydée à   1200    C dans
 l'oxygène humide pour obtenir une couche 2 d'oxyde de silicium
 (SiO2) d'une épaisseur d'environ 1   llm.    Un premier masque photo
 lithographique (laque Kodak KMER) non représenté est utilisé
 pour délimiter la région du caisson 3 (phase a) du dessin). Celui-ci
 est de type de conductibilité inverse au substrat et peut être obtenu
 par différentes techniques: épitaxie, implantation ionique, diffusion
 solide-solide à l'aide d'oxydes dopés comme source d'impuretés,
 diffusion solide-solide sous vide. Nous avons opté pour la dernière
 technique en raison de sa simplicité. Une approche possible consiste
 à faire la prédéposition dans un four sous vide.

  Cette technique de diffusion solide-solide sous vide est connue depuis longtemps et est décrite en détail en relation avec les transistors au silicium dans la
 référence suivante: R. Dahlberg et al.,  Technique and kinetics of
 solid-solid vacuum diffusion processes in silicon , Semiconductor
 Silicon (Edit.) R.R. Haberecht and E.L. Kem, The   Electrochemical   
 Society, N.Y., 1969, pp. 458468. Nous avons choisi d'utiliser une
 capsule scellée. Le dopant est fourni par des plaques sources en sili
 cium dopées au bore (par exemple   NA =2,2101    6cm-3). Le rapport
 des plaques sources aux plaques à diffuser est de 4. La capsule est
 évacuée à   106    Torr puis scellée. La prédéposition s'effectue pen    dant 10 h à la température de 1200 C (ps - 400Of1/#Xj - 6 um).

  Elle
    est suivie par une diffusion en tube ouvert dans un milieu non
 oxydant à   1200 C    également et qui sert à ajuster la concentration
 de surface du caisson à la valeur désirée   (0,8-1 .10'6cm 3).    Le temps
 de diffusion est calculé à partir de la concentration exacte obtenue
 après prédéposition dans la capsule.



   L'oxyde ayant servi à l'ouverture des caissons est partiellement
 attaqué jusqu'à 2000   À    (la jonction reste couverte) et un nouvel
 oxyde d'environ 7000   À    est crû sous les mêmes conditions que le
 premier. Un deuxième masque sert à ouvrir les fenêtres 4 et 5
 englobant les régions source, drain et grille des transistors des
 deux types (phase b) du dessin).



   Un oxyde de grille 6 représenté dans la phase c) d'environ
 1000   À    d'épaisseur est crû à   1200 C    sous oxygène sec et est suivi
 d'un traitement thermique in situ de 15 mn dans l'hélium à la même
 température (réduction de la charge positive fixe d'oxyde).  



   Une couche en silicium polycristallin 7 (Phase c) de   0,6 #tm    d'épaisseur environ est alors immédiatement déposée à partir de la phase gazeuse dans un réacteur AMV/500 (température   8500 C,    taux de déposition 650   À/mn,    flux: 151/mn. H2, 0,07% de SiH4).



  Une attaque sélective du silicium polycristallin, définissant   l'élec-    trode de grille des transistors est effectuée à l'aide d'un troisième masque. L'oxyde restant dans les régions source et drain est éliminé par attaque chimique (phase c).



   Une couche 8 d'oxyde dopé au bore (Rapport Diborane
Silane: 2,7 102, température   4200 C,    flux 91/mn N2, 0,14% de
SiH4, 625 ml/mn   02)    de 2000   À    d'épaisseur terminée par 1000 A non dopé en coupant le flux de diborane est alors déposée sur la surface entière et attaquée dans la région du caisson 3 à l'aide d'un quatrième masque (phase d).



   Une couche 9 d'oxyde dopé au phosphore (rapport   Phosphine-      Silane: 1,4 102, mêmes paramètres que pour l'oxyde dopé au bore)
   de 2000 A d'épaisseur terminée par 3000   À    d'oxyde non dopé est à nouveau déposée sur toute la surface. Les régions source, drain et grille des transistors des deux types sont alors diffusées simultanément (10, 11 et 7, phase e) pendant 10 mn à   12000C    sous azote.



  La profondeur des jonctions p+n et   n+p    est d'environ   1 Sn    (p s   ¯ 120Q/C1    pour bore et phosphore). Cette diffusion sert en même temps de densification pour les deux couches 8 et 9 d'oxydes déposés.



   Un cinquième masque permet d'ouvrir les fenêtres de contact 12, 13 et 14, respectivement 15, 16 et 17 des transistors (phase e) et une couche d'aluminium non représentée de 6000 A d'épaisseur est évaporée par un canon à électron opérant dans un système conventionnel de vide. Le sixième et dernier masque (laque AZ 1 350H) définit les interconnexions métalliques. Un traitement thermique d'une h à 400 ou   4500C    dans un mélange de gaz comprenant 20% d'hydrogène et 80% d'azote termine la séquence de fabrication (formation des contacts et diminution des états de surface).



   Le procédé qui vient d'être décrit plus haut réduit non seulement les diffusions latérales à un minimum par suite de la diffusion simultanée, mais apporte une simplification de fabrication puisqu'il ne nécessite plus que six masques photolithographiques.



  C'est-à-dire qu'il permet la fabrication de MOST complémentaires avec le même nombre de masques que pour ceux à grille en aluminium en supprimant tous les désavantages liés à ceux-ci et sans pour autant augmenter la complexité du procédé. La table qui suit donne une comparaison des différents procédés:
 Grille Aluminium Aluminium Si-poly Si-poly
 Diffusion séquentielle simultanée séquentielle simultanée
Tension de seuil du MOS à canal p réduite de 1 V réduite de 1V
Grille en contact avec le photorésist (contamination) oui oui non non
Oxyde dopé sur l'emplacement de la grille non oui non non
Oxyd. de la grille   aprés    diff. après (pdt) avant diff. avant diff.



   diff.



  Cap. grille-drain très élevée élevée faible très faible
Structure   -      -    auto-alignée auto-alignée
Nb d'oxydes déposés   -    3 3 2
Nb de masques 6 6 7 6
Complexité faible élevée élevée faible
Comparaison des procédés de fabrication des MOST complémentaires.



   Si   l'on    examine la dernière colonne de la tabelle, qui représente le procédé par diffusion simultanée qui vient d'être décrit, on voit immédiatement que deux dépositions d'oxyde et six masques photolithographiques sont nécessaires, alors que selon le procédé connu par diffusion séquentielle, trois dépositions et sept masques sont nécessaires. Le procédé qui vient d'être décrit présente donc deux simplifications importantes par rapport à celui par diffusion   séquen    tielle. D'autre part, les transistors complémentaires obtenus selon le procédé par diffusion simultanée présente de meilleures caractéristiques que celui obtenu par le procédé par diffusion séquentielle (capacité grille-drain plus faible).

   Finalement, les avantages des transistors complémentaires à grille de silicium obtenus par diffusion simultanée relativement aux transistors à grille d'aluminium sont si nombreux (faible tension de seuil pour les MOS à canal p, diffusion latérale peu importante, capacité grille-drain faible, etc.) qu'il est inutile de les discuter en détail. 

Claims (1)

  1. REVENDICATIONS
    I. Circuit à transistors MOS complémentaires à grille en silicium, caractérisé en ce que les zones de source, de drain et de grille de chaque transistor sont recouvertes d'au moins une couche isolante dopée.
    Il. Procédé de fabrication du circuit selon la revendication I, dans lequel on délimite sur un substrat au silicium un caisson de conductibilité inverse à celle du substrat, en ce qu'on fait croître une couche isolante sur le substrat pour délimiter deux fenêtres, l'une sur le substrat, l'autre sur le caisson, en ce qu'on dépose une couche de silicium polycristallin que l'on grave sélectivement pour définir les régions de la source, du drain et de la grille des transistors dans chaque fenêtre, caractérisé en ce qu'on dépose sur la surface totale de chaque fenêtre une couche d'oxyde dopé de conductibilité inverse à celle du substrat, respectivement du caisson et en ce qu'on effectue simultanément la diffusion des deux couches dopées dans les régions source, drain et grille des transistors des deux types.
    SOUS-REVENDICATIONS 1. Circuit selon la revendication I, caractérisé en ce que les couches dopées sont des oxydes.
    2. Circuit selon la sous-revendication 1, caractérisé en ce que les oxydes sont des oxydes de silicium dopés au bore et au phosphore. e 3. Circuit selon la revendication I, caractérisé en ce que l'un des transistors du circuit complémentaire est recouvert de deux couches dopées superposées.
    4. Procédé selon la revendication Il, caractérisé en ce que la couche de silicium polycristallin est déposée sur une mince couche d'oxyde de silicium que l'on a laissé croître sur le substrat respectivement sur le caisson.
    5. Procédé selon la revendication IL caractérisé en ce que l'on dépose la première couche dopée sur les deux fenêtres, en ce que cette couche est attaquée sélectivement dans la fenêtre ayant le même type de conductibilité qu'elle avait avant le dépôt de la deuxième couche dopée sur toute la surface.
CH234372A 1972-02-18 1972-02-18 Circuit à transistors MOS complémentaires et son procédé de fabrication CH542518A (fr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH234372A CH542518A (fr) 1972-02-18 1972-02-18 Circuit à transistors MOS complémentaires et son procédé de fabrication

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH234372A CH542518A (fr) 1972-02-18 1972-02-18 Circuit à transistors MOS complémentaires et son procédé de fabrication

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CH542518A true CH542518A (fr) 1973-09-30

Family

ID=4231583

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CH234372A CH542518A (fr) 1972-02-18 1972-02-18 Circuit à transistors MOS complémentaires et son procédé de fabrication

Country Status (1)

Country Link
CH (1) CH542518A (fr)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2537564A1 (de) * 1974-08-29 1976-03-11 Centre Electron Horloger Integrierte schaltung mit komplementaeren feldeffekt-transistoren

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2537564A1 (de) * 1974-08-29 1976-03-11 Centre Electron Horloger Integrierte schaltung mit komplementaeren feldeffekt-transistoren

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0258141B1 (fr) Circuit intégré MIS tel qu&#39;une cellule de mémoire EPROM et son procédé de fabrication
EP0005721B1 (fr) Procédé de fabrication d&#39;un transistor bipolaire comportant un contact de base en silicium polycristallin et un contact d&#39;émetteur en silicium polycristallin ou en métal
EP0036573B1 (fr) Procédé pour la fabrication d&#39;une structure conductrice en polysilicium
EP0159931B1 (fr) Procédé de fabrication de zones d&#39;isolation électrique des composants d&#39;un circuit intégré
EP0098775A2 (fr) Procédé de réalisation de l&#39;oxyde de champ d&#39;un circuit intégré
KR100195355B1 (ko) 드라이산화를 포함하는 반도체장치의 제조방법
JP2738333B2 (ja) 半導体装置の製造方法
EP0003926B1 (fr) Procédé de réalisation d&#39;un transistor à effet de champ à grille isolée
FR2616576A1 (fr) Cellule de memoire eprom et son procede de fabrication
WO1999043024A1 (fr) Procede pour limiter l&#39;interdiffusion dans un dispositif semi-conducteur a grill composite si/sige
FR2568058A1 (fr) Procede pour la fabrication de transistors a effet de champ a grille isolee (igfet) a vitesse de reponse elevee dans des circuits integres de haute densite
EP0206929B1 (fr) Procédé de fabrication d&#39;un circuit intégré et notamment d&#39;une mémoire eprom comportant deux composants distincts isolés électriquement
FR2647267A1 (fr) Cellule de memoire vive dynamique et procede de fabrication
EP0190243B1 (fr) Procede de fabrication d&#39;un circuit integre de type mis
JPH01165172A (ja) 薄膜トランジスターの製造方法
FR2881575A1 (fr) Transistor mos a grille totalement siliciuree
FR2564241A1 (fr) Procede de fabrication de circuits integres du type silicium sur isolant
FR2460037A1 (fr) Procede d&#39;auto-alignement de regions differemment dopees d&#39;une structure de semi-conducteur
JPH0523056B2 (fr)
KR870010636A (ko) 낮은 농도로 도핑된 드레인 터미날지역을 가지는 m0s-트랜지스터의 게이트 전극에 측벽마스크층을 제조하기 위한 공정과 이 공정을 사용하여 상보형 mos-트랜지스터를 제조하는 방법
JPH02218136A (ja) Mos半導体デバイス製造方法
JPS5812732B2 (ja) 半導体装置の製法
JPH02187022A (ja) 半導体装置の製法
JPS6157714B2 (fr)
JP3644977B2 (ja) 多結晶シリコン薄膜トランジスタの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PL Patent ceased