FR2784503A1 - Composant elementaire micro-electronique conjuguant l'effet bipolaire et l'effet mos, procede de fabrication d'un tel composant - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un nouveau composant microélectronique. Elle concerne plus particulièrement un procédé pour améliorer les performances, notamment le gain en courant, d'un composant bipolaire.Le procédé comprend l'étape de créer dans un transistor bipolaire comportant des jonctions n-p-n (ou p-n-p), un effet canal (un effet MOS) 113, 103, 107-117, 118 selon une direction sensiblement perpendiculaire aux plans des jonctions des couches 103, 117, 118 de silicium dopées n-p ou p-n. Il en résulte que les porteurs de charges positives ou négatives circulent selon ladite direction et que les densités de courant électrique varient dans le volume du transistor.L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'un composant microélectronique tétrapode conjuguant l'effet bipolaire et l'effet MOS.
Description
Composant élémentaire micro-électronique conjuguant 1'effet bipolaire et l'effet MOS, procédé de fabrication d'un tel composant.
La présente invention concerne un nouveau composant microélectronique et son procédé de fabrication. Elle concerne plus particulièrement un procédé pour améliorer les performances, notamment le gain en courant, d'un composant bipolaire.
II est connu des composants bipolaires (BJT : Bipolar Junction Transistor) et des composants à effet de champ (MOS : Metal Oxide Silicon). Il est également connu des composants BICMOS comportant sur un mme substrat des composants bipolaires et des composants MOS.
L'une des caractéristiques les plus importantes d'un composant microélectronique est son gain en courant. Dans le meilleur des cas, le gain en courant d'un composant
BICMOS est communément compris entre 100 et 200. Par ailleurs, le coût d'un circuit intégré dépend du taux d'intégration des transistors. Le taux d'intégration est lui-mme limité par le fait que chaque transistor d'un BICMOS est disjoint des autres par l'intermédiaire d'un caisson ou mur d'isolation. Enfin, les composants électroniques sont de plus en plus utilisés en milieu hostile, notamment pour des applications dans le domaine nucléaire, spatial ou médical ou encore dans celui des accélérateurs de particules.
BICMOS est communément compris entre 100 et 200. Par ailleurs, le coût d'un circuit intégré dépend du taux d'intégration des transistors. Le taux d'intégration est lui-mme limité par le fait que chaque transistor d'un BICMOS est disjoint des autres par l'intermédiaire d'un caisson ou mur d'isolation. Enfin, les composants électroniques sont de plus en plus utilisés en milieu hostile, notamment pour des applications dans le domaine nucléaire, spatial ou médical ou encore dans celui des accélérateurs de particules.
Réaliser un composant microélectronique ayant des gains en courant supérieurs à ceux obtenus à ce jour, ayant aussi un taux d'intégration élevé et un comportement stable en milieu hostile constitue donc un problème particulièrement difficile à résoudre. Son enjeu économique est considérable. La présente invention a pour objectif la résolution d'un tel problème.
Le procédé selon l'invention pour améliorer les performances, notamment le gain en courant d'un composant bipolaire, comprend l'étape de créer dans un transistor bipolaire comportant des jonctions n-p-n (ou p-n-p), un effet canal (un effet MOS) selon une direction sensiblement perpendiculaire aux plans des jonctions n-p ou pn. II en résulte que les porteurs de charges positives ou négatives circulent selon ladite direction et que les densités de courant électrique varient dans le volume du transistor.
De préférence, pour créer ledit effet canal, on applique une tension de polarisation sur au moins une tranche des couches n et p empilées.
De préférence également, dans une première variante de réalisation du procédé selon l'invention, on applique ladite tension de polarisation sur au moins l'une des faces d'une tranchée perpendiculaire au plan des couches n et p empilées. Dans une autre variante de réalisation du procédé selon l'invention, on applique ladite tension de polarisation sur les faces d'un puits traversant perpendiculairement les couches n et p empilées.
Avantageusement, on applique une tension de polarisation dont la valeur est sensiblement comprise entre 0 Volt et 5 Volts.
La présente invention concerne également un composant mettant en oeuvre le procédé d'amélioration du gain en courant. Selon l'invention, le composant microélectronique tétrapode, conjuguant l'effet bipolaire et 1'effet MOS, comprend des couches de silicium n et p empilées pour former un transistor du type n-p-n ou p-n-p. Les couches externes forment respectivement l'émetteur et le collecteur dudit transistor et la couche intermédiaire forme la base. Lesdites couches sont connectées électriquement par des contacts galvaniques situés à l'extérieur dudit composant. Le composant comporte également une tranchée traversant perpendiculairement au moins deux des couches contiguës de silicium n et p. Ladite tranchée contient un matériau électriquement polarisable, notamment un polysilicium. Ledit matériau électriquement polarisable est couplé par effet capacitif avec les couches de silicium n et p situées en vis-à-vis. Ledit matériau électriquement polarisable forme la grille du transistor MOS ainsi composé et est connecté électriquement à un contact galvanique situé à l'extérieur dudit composant.
De préférence, ledit matériau électriquement polarisable est électriquement isolé des couches de silicium n et p par une couche isolante, notamment d'oxyde de silicium.
De préférence également, dans une première variante de réalisation, ladite couche de silicium intermédiaire formant base entoure sur trois côtés la couche de silicium rectangulaire formant émetteur. Ladite couche de silicium formant collecteur entoure sur deux côtés la couche de silicium formant base. Ladite tranchée, accolée aux tranches n et p, est disposée selon l'un des côtés de la couche de silicium formant base.
De préférence également, dans le cas d'une autre variante de réalisation, ladite couche de silicium intermédiaire formant base entoure la couche de silicium rectangulaire formant émetteur sur ses quatre côtés. Ladite couche de silicium formant collecteur entoure la couche de silicium formant base sur trois côtés. Ladite tranchée, accolée aux tranches n et p, est en forme de puits et est entourée par l'émetteur qu'elle traverse.
Avantageusement, -la tension appliquée au contact galvanique connecté à l'émetteur est notamment comprise entre 0 Volt et 5 Volts, -la tension appliquée au contact galvanique connecté à la base est notamment comprise entre 0 Volt et 5 Volts, -la tension appliquée au contact galvanique connecté au collecteur est notamment comprise entre 0 Volt et 5 Volts, -la tension appliquée au contact galvanique connecté à la grille est notamment comprise entre 0 Volt et 5 Volts,
Dans ces conditions opératoires, le gain en courant mesuré est compris entre 100 et 104. Le gain théorique calculé peut atteindre 107.
Dans ces conditions opératoires, le gain en courant mesuré est compris entre 100 et 104. Le gain théorique calculé peut atteindre 107.
Ce composant original, ci-après dénommé transistor TBM (Transistor Bipolaire
MOS), est un tétrapode qui conjugue dans la topologie physique et dans sa fonctionnalité, 1'effet bipolaire et 1'effet MOS. Ce composant présente les avantages suivants : -il présente les fonctionnalités d'un composant bipolaire ou celles d'un composant
MOS, selon la manière dont il est connecté, -en fonctionnement bipolaire pur, son gain en courant est compris entre 100 et 200, -en fonctionnement hybride ou mixte, son gain en courant peut tre contrôlé dans une gamme comprise entre 100 et 104 (en théorie, il peut atteindre 107), -il résiste aux radiations ionisantes et il ne présente pas de dérive du gain en courant, -il a un bon taux d'intégration.
MOS), est un tétrapode qui conjugue dans la topologie physique et dans sa fonctionnalité, 1'effet bipolaire et 1'effet MOS. Ce composant présente les avantages suivants : -il présente les fonctionnalités d'un composant bipolaire ou celles d'un composant
MOS, selon la manière dont il est connecté, -en fonctionnement bipolaire pur, son gain en courant est compris entre 100 et 200, -en fonctionnement hybride ou mixte, son gain en courant peut tre contrôlé dans une gamme comprise entre 100 et 104 (en théorie, il peut atteindre 107), -il résiste aux radiations ionisantes et il ne présente pas de dérive du gain en courant, -il a un bon taux d'intégration.
II peut tre employé pour des applications grand public, spatial et/ou militaire, dans les domaines numérique et analogique.
La présente invention concerne également un procédé pour fabriquer un composant microélectronique tétrapode conjuguant 1'effet bipolaire et 1'effet MOS. En effet, il a été découvert que les technologies éprouvées de fabrication des composants
BICMOS pouvaient tre employées pour fabriquer le composant TBM, sous réserve de mettre en oeuvre simultanément un procédé pour réaliser la tranchée ou le puits vertical composant la grille.
BICMOS pouvaient tre employées pour fabriquer le composant TBM, sous réserve de mettre en oeuvre simultanément un procédé pour réaliser la tranchée ou le puits vertical composant la grille.
Le composant tétrapode, fabriqué au moyen du procédé selon 1'invention, comprend des couches de silicium n et p empilées pour former un transistor bipolaire du type n-p-n ou p-n-p. Les couches externes forment respectivement l'émetteur et le collecteur dudit transistor et la couche intermédiaire forme la base.
Lesdites couches sont connectées électriquement à des contacts galvaniques situés à l'extérieur dudit composant et isolés par des murs d'isolation en oxyde de silicium.
Une tranchée traverse perpendiculairement au moins deux des couches contiguës de silicium n et p. Ladite tranchée contient un matériau électriquement polarisable, notamment un polysilicium. Ledit matériau électriquement polarisable est couplé par effet capacitif avec les couches de silicium n et p situées en vis-à-vis. Ledit matériau électriquement polarisable forme la grille du transistor MOS ainsi composé et est connecté électriquement à un contact galvanique situé à l'extérieur dudit composant.
Selon l'invention, pour fabriquer le composant microélectronique tétrapode, on met en oeuvre au moins certaines des étapes suivantes, connues en soi, entrant dans la fabrication des composants transistors tels que des BICMOS et des composants mémoires tels que des DRAM (Dynamique Random Access Memory). Les technologies de fabrication des composants BICMOS ont notamment été décrites dans la thèse de Elmut Puchner"Advanced Process Modeling For VLSI
Technology", Vienne 1996, Chap. 5.2"BICMOS Process Technology".
Technology", Vienne 1996, Chap. 5.2"BICMOS Process Technology".
Selon l'invention, on procède par étape * comme spécifié ci-après.
* Nota : chaque étape comprend une phase de masquage de la surface selon les positions des zones désirées (masque de nitride), une phase de gravure de l'oxyde de silicium natif, puis une phase de traitement déterminée, enfin une phase d'attaque chimique sélective afin de supprimer le masque de nitride.
Etape 1 : on réalise un substrat de silicium faiblement dopé p de type Si-p ou dopé n de type Si-n, ledit substrat étant recouvert d'une couche isolante d'oxyde de silicium. Cette couche isolante d'oxyde de silicium est réalisée par désoxydation de l'oxyde natif du substrat puis par oxydation contrôlée pour assurer une homogénéité de la surface et une qualité de l'interface Si-Si02. Sans sortir du cadre de la présente invention, on pourrait aussi utiliser et réaliser des substrats silicium du type "Silicium sur Isolant" (SOI et SOS : Silicon Over Insulator et Silicon Over Saphir).
Dans le texte : substrat désignera un substrat silicium ou un substrat du type"Silicium sur Isolant".
Etape 2 : on réalise, par implantation localisée d'ions antimoine ou d'ions bore, la couche enterrée de type Si-n'ou Si-p'du collecteur.
Etape 3 : on dépose sur le substrat de silicium et sur la couche enterrée, par croissance épitaxiale, une couche de silicium de type Si-p ou une couche de silicium de type Si-n.
Etape 4 : on réalise, par implantation localisée d'ions antimoine ou d'ions bore, dans la couche de type Si-p ou de type Si-n, un caisson de silicium dopé de type Sin ou Si-p, destiné à constituer le collecteur.
Etape 5 : on réalise, par sur-oxydation en surface, les murs d'isolation d'oxyde de silicium (SiO2) autour de la zone prévue pour recevoir le contact galvanique du collecteur et aux extrémités du composant.
Etape 6 : on réalise, par implantation localisée d'ions phosphore ou d'ions bore à la verticale de l'emplacement prévu pour recevoir le contact galvanique du collecteur, le puits d'accès à la couche enterrée du collecteur ; ledit puits d'accès étant de type Si-n'ou Si-p'.
Etape 7 : on réalise, par implantation localisée d'ions bore ou d'ions phosphore dans le caisson, une couche de silicium de type Si-p ou Si-n, destinée à composer la base.
Etape 8 : on réalise ladite tranchée par gravure par ion réactif (R. I. E., Reactive Ion
Etching) à la verticale de l'emplacement de la grille.
Etching) à la verticale de l'emplacement de la grille.
Les techniques de gravure par ion réactif ont notamment été décrites dans les ouvrages suivants : ouvrage de B. El-Kareh,"The evolution of DRAM cell technology" ; ouvrage de S. M. Sze,"VLSI technology", Chap. 5, McGraw-Hill Editor, 1988, ISBN 0-07-062735-5 ; ouvrage de Peter Krauss"Sub-50 nm
Reactive Ion Etching"; thèse de Karl Wimmer"Two Dimensional Nonplanar Process Simulation", Vienne 1993, Chap. 3.7.1"Trench Isolation" ; ouvrage de Ernst Obermeier"Microsensor and Actuator Technology", Berlin.
Reactive Ion Etching"; thèse de Karl Wimmer"Two Dimensional Nonplanar Process Simulation", Vienne 1993, Chap. 3.7.1"Trench Isolation" ; ouvrage de Ernst Obermeier"Microsensor and Actuator Technology", Berlin.
Etape 9 : par oxydation, on nappe d'une couche d'oxyde de silicium les parois de ladite tranchée de manière à constituer la couche diélectrique de la liaison capacitive entre la grille et les couches n ou p du composant.
Etape 10 : on réalise par gravure dans la couche d'oxyde de silicium des évidements prévus pour recevoir la couche de silicium dopée composant l'émetteur.
Etape 11 : on dépose une couche de polysilicium dans la tranchée et sur la surface du composant, notamment dans lesdits évidements.
Etape 12 : on enlève par gravure, dans la couche de polysilicium, toutes les parties autres que celles prévues pour composer l'émetteur et la grille.
Etape 13 : on réalise, par oxydation localisée du polysilicium, des murs d'isolation en oxyde de silicium entourant l'émetteur et la grille.
Etape 14 : on réalise, par implantation localisée d'ions bore ou d'ions phosphore dans la couche de silicium de type Si-p ou Si-n, une liaison électrique de type Si-p+ ou Si-n+ entre la base de type Si-p ou Si-n et le contact galvanique de la base.
Etape 15 : on procède à un recuit thermique du composant à une température telle que les atomes dopants contenus dans le polysilicium diffusent dans la couche de silicium de type Si-p ou Si-n, de manière à réaliser l'émetteur de type Si-n+ ou Si P+
Etape 16 : on met en place les contacts galvaniques de la base, de l'émetteur, de la grille, du collecteur.
Etape 16 : on met en place les contacts galvaniques de la base, de l'émetteur, de la grille, du collecteur.
De préférence, on réalise les contacts galvaniques en procédant :
-à l'ouverture des zones de contact de la base et du collecteur, notamment en gravant l'oxyde de silicium (masquage suivi d'une attaque chimique),
-au dépôt de titane ou de tungsten sur toute la surface du composant,
-un recuit thermique pour réaliser les siliciures de titane ou de tungsten assurant les contacts métal-silicium,
-une gravure sélective du titane ou du tungsten à l'emplacement des zones de dépôt situées au dessus de l'oxyde de silicium.
-à l'ouverture des zones de contact de la base et du collecteur, notamment en gravant l'oxyde de silicium (masquage suivi d'une attaque chimique),
-au dépôt de titane ou de tungsten sur toute la surface du composant,
-un recuit thermique pour réaliser les siliciures de titane ou de tungsten assurant les contacts métal-silicium,
-une gravure sélective du titane ou du tungsten à l'emplacement des zones de dépôt situées au dessus de l'oxyde de silicium.
Ainsi, il a été montré qu'il est possible d'utiliser des procédés éprouvés pour réaliser chacune des étapes composant le procédé de fabrication selon l'invention.
Le microcomposant électronique TBM peut donc tre réalisé sans surcoût majeur par rapport aux composants BICMOS.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description de variantes de réalisation de l'invention, données à titre d'exemple indicatif et non limitatif, et de : -la figure 1 qui représente une vue en coupe longitudinale d'une première variante de réalisation (dite puits) d'un composant TBM, -la figure 2 qui représente une vue de dessus de la variante de réalisation représentée sur la figure 1, -la figure 3 qui représente une vue en coupe longitudinale d'une deuxième variante de réalisation (dite tranchée) d'un composant TBM, -la figure 4 qui représente une vue de dessus de la variante de réalisation représentée sur la figure 3, -les figures 5.1 à 5.16 qui représentent les vues en coupe longitudinale du composant TBM selon la variante de réalisation de la figure 1, au cours des différentes étapes de son procédé de fabrication.
On va maintenant décrire en se référant à la figure 1 le procédé pour améliorer les performances, notamment le gain en courant, d'un composant bipolaire. Le procédé comprend l'étape de créer dans un transistor bipolaire comportant des jonctions n-pn (ou p-n-p), un effet canal (un effet MOS) 113,103,117,118 selon une direction sensiblement perpendiculaire aux plans des jonctions des couches 103,117,118 de silicium dopées n-p ou p-n. II en résulte que les porteurs de charges positives ou négatives circulent selon ladite direction et que les densités de courant électrique varient dans le volume du transistor.
De préférence, pour créer ledit effet canal, on applique une tension de polarisation sur au moins une tranche des couches 103,117,118 n et p empilées.
De préférence également, dans une autre variante de réalisation du procédé selon l'invention (figures 1 et 2), on applique ladite tension de polarisation sur les faces 109 d'un puits 108 traversant perpendiculairement les couches 118,117,103 n et p empilées. Dans une autre variante de réalisation (figures 3 et 4), on applique ladite tension de polarisation sur l'une au moins des faces d'une tranchée 108 perpendiculaire au plan des couches 118,117,103 n et p empilées.
Avantageusement, on applique une tension de polarisation dont la valeur est sensiblement comprise entre 0 Volt et 5 Volts.
On va maintenant décrire en se référant aux figures 1 à 4 deux variantes de réalisation d'un composant mettant en oeuvre le procédé d'amélioration du gain en courant. Sur ces figures, les éléments de mme nature portent les mmes références numériques. Le composant microélectronique tétrapode 119,120,121,122 conjuguant l'effet bipolaire et 1'effet MOS, comprend des couches 103,117,118 de silicium n et p empilées pour former un transistor du type n-p-n ou p-n-p. Les couches 103,117,118 ont respectivement pour épaisseur 1 mm, 0,3 mm, 0,1 mm.
Les couches externes 118,103 forment respectivement l'émetteur 118 et le collecteur 103 dudit transistor et la couche intermédiaire 107,117 forme la base 117. Lesdites couches sont connectées électriquement par des contacts galvaniques 119,120,122 situés à l'extérieur dudit composant. Le composant comporte également une tranchée 108,113 traversant perpendiculairement les couches 103, 117,118 de silicium n et p. Ladite tranchée 108 contient un matériau électriquement polarisable, notamment un polysilicium 111. Ledit matériau électriquement polarisable est couplé par effet capacitif avec les couches 103,107-117,118 de silicium n et p situées en vis-à-vis. Ledit matériau électriquement polarisable forme la grille 113 du transistor MOS ainsi composé et est connecté électriquement à un contact galvanique 121 situé à l'extérieur dudit composant. Ledit matériau électriquement polarisable 111 est électriquement isolé des couches de silicium n et p par une couche isolante 109, notamment d'oxyde de silicium.
Dans le cas de la variante de réalisation représentée sur les figures 1 et 2 ladite couche de silicium intermédiaire 107-117 formant base entoure la couche de silicium rectangulaire formant émetteur 118 sur ses quatre côtés. La couche formant base est rectangulaire et a pour dimensions 3 mm x 2,5 mm. La couche formant émetteur est carrée et a 1,5 mm de coté. Ladite couche de silicium formant collecteur 103 entoure la couche de silicium 107-117 formant base sur trois côtés. La couche de silicium formant collecteur est de section rectangulaire et a pour dimensions 4 mm x 3,5 mm . Ladite tranchée 108, accolée aux tranches n et p 103,107-117,118, est en forme de puits de section carrée et a 0,5 mm de coté. Elle est entourée par l'émetteur 118 qu'elle traverse en son centre.
Dans la variante de réalisation représentée sur les figures 3 et 4, ladite couche de silicium intermédiaire 107-117 formant base 117 entoure sur trois côtés la couche de silicium 118 rectangulaire formant émetteur. La couche formant base est rectangulaire et a pour dimensions 3 mm x 2,5 mm. La couche formant émetteur est carrée et a 1,5 mm de coté. Ladite couche de silicium 103 formant collecteur entoure sur deux côtés la couche de silicium 107-117 formant base. La couche de silicium formant collecteur est de section rectangulaire et a pour dimensions 4 mm x 3,5 mm . Ladite tranchée 108, accolée aux tranches n et p, est disposée selon l'un des côtés de la couche de silicium 107-117 formant base. La tranchée 108 est de forme rectangulaire et a pour dimensions 0,5 mm x 2,5 mm.
Dans les cas de l'une ou l'autre de ces variantes de réalisation, : -la tension appliquée au contact galvanique 120 connecté à l'émetteur 118 est notamment comprise entre 0 Volt et 5 Volts, -la tension appliquée au contact galvanique 119 connecté à la base 107-117 est notamment comprise entre 0 Volt et 5 Volts, -la tension appliquée au contact galvanique 122 connecté au collecteur 103 est notamment comprise entre 0 Volt et 5 Volts, -la tension appliquée au contact galvanique 121 connecté à la grille 113 est notamment comprise entre 0 Volt et 5 Volts.
Dans ces conditions opératoires les gains en courant, en appliquant les procédures usuelles, sont précisés dans les tableaux ci-après.
Cas de couches silicium n-p-n superposées respectivement : TBM (npn).
<tb>
<SEP> Modes <SEP> Tension <SEP> (Vg) <SEP> Tension <SEP> Tension <SEP> Tension <SEP> Gain
<tb> <SEP> de <SEP> appliquée <SEP> (Vb) <SEP> (Ve) <SEP> (Vc) <SEP> en
<tb> fonctionneme <SEP> sur <SEP> grille <SEP> appliquée <SEP> appliquée <SEP> appliquée <SEP> courant
<tb> <SEP> nt <SEP> (121) <SEP> sur <SEP> base <SEP> sur <SEP> émetteur <SEP> sur
<tb> <SEP> (119) <SEP> (120) <SEP> collecteur
<tb> <SEP> (122)
<tb> <SEP> Bipolaire <SEP> 0 <SEP> V <SEP> 0,6 <SEP> V <SEP> 0 <SEP> V <SEP> entre <SEP> 0 <SEP> et <SEP> autour <SEP> de
<tb> <SEP> n-p-n <SEP> pur <SEP> (reference <SEP> 5V <SEP> 150
<tb> <SEP> des
<tb> <SEP> potentiels)
<tb> <SEP> NMOS <SEP> pur <SEP> 1 <SEP> V <SEP> 0 <SEP> V <SEP> 0 <SEP> V <SEP> entre <SEP> 0 <SEP> et
<tb> <SEP> (référence <SEP> 5V
<tb> <SEP> des
<tb> <SEP> potentiels)
<tb> <SEP> hybride <SEP> entre <SEP> 0V <SEP> et <SEP> 0,6V <SEP> 0 <SEP> V <SEP> entre <SEP> 0 <SEP> et <SEP> entre <SEP> 100 <SEP> et
<tb> <SEP> IV <SEP> (référence <SEP> 5V <SEP> 104 <SEP>
<tb> <SEP> des
<tb> <SEP> potentiels)
<tb>
Cas de couches silicium p-n-p superposées respectivement : TBM (pnp).
<tb> <SEP> de <SEP> appliquée <SEP> (Vb) <SEP> (Ve) <SEP> (Vc) <SEP> en
<tb> fonctionneme <SEP> sur <SEP> grille <SEP> appliquée <SEP> appliquée <SEP> appliquée <SEP> courant
<tb> <SEP> nt <SEP> (121) <SEP> sur <SEP> base <SEP> sur <SEP> émetteur <SEP> sur
<tb> <SEP> (119) <SEP> (120) <SEP> collecteur
<tb> <SEP> (122)
<tb> <SEP> Bipolaire <SEP> 0 <SEP> V <SEP> 0,6 <SEP> V <SEP> 0 <SEP> V <SEP> entre <SEP> 0 <SEP> et <SEP> autour <SEP> de
<tb> <SEP> n-p-n <SEP> pur <SEP> (reference <SEP> 5V <SEP> 150
<tb> <SEP> des
<tb> <SEP> potentiels)
<tb> <SEP> NMOS <SEP> pur <SEP> 1 <SEP> V <SEP> 0 <SEP> V <SEP> 0 <SEP> V <SEP> entre <SEP> 0 <SEP> et
<tb> <SEP> (référence <SEP> 5V
<tb> <SEP> des
<tb> <SEP> potentiels)
<tb> <SEP> hybride <SEP> entre <SEP> 0V <SEP> et <SEP> 0,6V <SEP> 0 <SEP> V <SEP> entre <SEP> 0 <SEP> et <SEP> entre <SEP> 100 <SEP> et
<tb> <SEP> IV <SEP> (référence <SEP> 5V <SEP> 104 <SEP>
<tb> <SEP> des
<tb> <SEP> potentiels)
<tb>
Cas de couches silicium p-n-p superposées respectivement : TBM (pnp).
<tb>
<SEP> Modes <SEP> Tension <SEP> (Vg) <SEP> Tension <SEP> Tension <SEP> Tension <SEP> Gain
<tb> <SEP> de <SEP> appliquée <SEP> (Vb) <SEP> (Ve) <SEP> (Vc) <SEP> en
<tb> fonctionneme <SEP> sur <SEP> grille <SEP> appliquée <SEP> appliquée <SEP> appliquée <SEP> courant
<tb> <SEP> nt <SEP> (121) <SEP> sur <SEP> base <SEP> sur <SEP> émetteur <SEP> sur
<tb> <SEP> (119) <SEP> (120) <SEP> collecteur
<tb> <SEP> (122) <SEP>
<tb> <SEP> Bipolaire <SEP> 0 <SEP> V-0, <SEP> 6 <SEP> V <SEP> 0 <SEP> V <SEP> entre-5V <SEP> autour <SEP> de
<tb> <SEP> n-p-n <SEP> pur <SEP> (référence <SEP> et <SEP> 0 <SEP> 100 <SEP>
<tb> <SEP> des
<tb> <SEP> potentiels)
<tb> <SEP> PMOS <SEP> pur-1 <SEP> V <SEP> 0 <SEP> V <SEP> 0 <SEP> V <SEP> entre/ <SEP>
<tb> <SEP> (référence-5V <SEP> et <SEP> 0V
<tb> <SEP> des
<tb> <SEP> potentiels)
<tb> <SEP> hybride <SEP> entre-IV <SEP> et-0, <SEP> 6V <SEP> 0 <SEP> V <SEP> entre <SEP> entre
<tb> <SEP> 0V <SEP> (référence-SV <SEP> et <SEP> OV <SEP> 100 <SEP> et <SEP> 104 <SEP>
<tb> <SEP> des
<tb> <SEP> potentiels)
<tb>
Ainsi que l'on peut le constater à la lecture de ce tableau, le transistor TBM (Transistor Bipolaire-MOS) est un tétrapode qui conjugue dans la topologie physique et dans sa fonctionnalité, 1'effet bipolaire et 1'effet MOS. Ce composant présente les avantages suivants : -En fonctionnement bipolaire pur, son gain en courant est compris entre 100 et 200.
<tb> <SEP> de <SEP> appliquée <SEP> (Vb) <SEP> (Ve) <SEP> (Vc) <SEP> en
<tb> fonctionneme <SEP> sur <SEP> grille <SEP> appliquée <SEP> appliquée <SEP> appliquée <SEP> courant
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<tb> <SEP> (119) <SEP> (120) <SEP> collecteur
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<tb> <SEP> n-p-n <SEP> pur <SEP> (référence <SEP> et <SEP> 0 <SEP> 100 <SEP>
<tb> <SEP> des
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<tb> <SEP> des
<tb> <SEP> potentiels)
<tb>
Ainsi que l'on peut le constater à la lecture de ce tableau, le transistor TBM (Transistor Bipolaire-MOS) est un tétrapode qui conjugue dans la topologie physique et dans sa fonctionnalité, 1'effet bipolaire et 1'effet MOS. Ce composant présente les avantages suivants : -En fonctionnement bipolaire pur, son gain en courant est compris entre 100 et 200.
-En fonctionnement hybride ou mixte, son gain en courant peut tre contrôlé dans une gamme comprise entre 100 et 104 (en théorie, il peut atteindre 10').
-Dans le mode hybride, plus la tension de grille se rapproche de la tension de seuil donnée en mode MOS pur (1 V pour le TBM npn ; et-1 V pour le TBM pnp), plus le gain en courant augmente. Le gain est contrôlé par la tension appliquée sur le contact galvanique de grille. Ce qui n'est pas le cas dans le mode bipolaire pur où le gain est fixe.
On va maintenant décrire en se référant aux figures 5.1 à 5.16 une variante de réalisation du procédé de fabrication du transistor TBM représenté sur la figure 1.
On met en oeuvre les étapes ci-après décrites.
Etape 1 (figure 5.1) : on réalise un substrat de silicium 100 faiblement dope p de type Si-p ou dopé n de type Si-n. Ledit substrat est recouvert d'une couche 99 isolante d'oxyde de silicium. Cette couche isolante d'oxyde de silicium 99 est réalisée par désoxydation de l'oxyde natif du substrat puis par oxydation contrôlée pour assurer une homogénéité de la surface et un qualité de l'interface Si-SiO2.
Etape 2 (figure 5.2) : on réalise, par implantation localisée d'ions antimoine ou d'ions bore, la couche enterrée 101 de type Si-n+ ou Si-p+ du collecteur 103.
Etape 3 (figure 5.3) : on dépose sur le substrat de silicium 100 et sur la couche enterrée 101, par croissance épitaxiale, une couche 102 de silicium de type Si-p ou une couche de silicium de type Si-n.
Etape 4 (figure 5.4) : on réalise par implantation localisée d'ions antimoine ou d'ions bore, dans la couche 102 de type Si-p ou de type Si-n, un caisson 103 de silicium dopé de type Si-n ou Si-p, destiné à constituer le collecteur 103.
Etape 5 (figure 5. 5) : on réalise, par sur-oxydation en surface, les murs d'isolation 104 d'oxyde de silicium (SiO2) autour de la zone 105 prévue pour recevoir le contact galvanique 122 du collecteur et aux extrémités du composant.
Etape 6 (figure 5.6) : on réalise, par implantation localisée d'ions phosphore ou d'ions bore à la verticale de l'emplacement 105 prévu pour recevoir le contact galvanique du collecteur, le puits d'accès 106 à la couche enterrée 101 du collecteur . Ledit puits d'accès est de type Si-n+ ou Si-p+.
Etape 7 (figure 5.7) : on réalise, par implantation localisée d'ions bore ou d'ions phosphore dans le caisson 103, une couche 107 de silicium de type Si-p ou Si-n, destinée à composer la base 117.
Etape 8 (figure 5.8) : on réalise ladite tranchée 108 par gravure par ion réactif (R. I. E., Reactive Ion Etching) à la verticale de l'emplacement de la grille.
Etape 9 (figure 5.9) : par oxydation, on nappe d'une couche 109 d'oxyde de silicium les parois de ladite tranchée 108 de manière à constituer la couche diélectrique de la liaison capacitive entre la grille 113 et les couches 103,107-117, 118 n ou p du composant.
Etape 10 (figure 5.10) : on réalise, par gravure dans la couche 99 d'oxyde de silicium, des évidements 110 prévus pour recevoir la couche de silicium dopée composant l'émetteur.
Etape 11 (figure 5.11) : on dépose une couche 111 de polysilicium dans la tranchée 108 et sur la surface du composant, notamment dans lesdits évidements 110.
Etape 12 (figure 5.12) : on enlève par gravure, dans la couche de polysilicium 111, toutes les parties autres que celles 112,113 prévues pour composer l'émetteur 118 et la grille 113.
Etape 13 (figure 5.13) : on réalise, par oxydation localisée du polysilicium, des murs d'isolation 114,115 en oxyde de silicium entourant l'émetteur 118 et la grille 113.
Etape 14 (figure 5.14) : on réalise, par implantation localisée d'ions bore ou d'ions phosphore dans la couche 107 de silicium de type Si-p ou Si-n, une liaison électrique 116 de type Si-p+ ou Si-n+ entre la base 117 de type Si-p ou Si-n et le contact galvanique 119 de la base.
Etape 15 (figure 5.15) : on procède à un recuit thermique du composant à une température de 1050 C telle que les atomes dopants, contenus dans le polysilicium, diffusent dans la couche de silicium de type Si-p ou Si-n. On réalise ainsi, l'émetteur 118 de type Si-n+ ou Si-p+.
Etape 16 (figure 5.16) : on met en place les contacts galvaniques 119,120,121, 122 de la base 117, de l'émetteur 118, de la grille 113, du collecteur 103.
De préférence, on réalise les contacts galvaniques 119,120,121,122 en procédant
-à l'ouverture des zones de contact de la base 107-117 et du collecteur 103106, notamment en gravant l'oxyde de silicium (masquage suivi d'une attaque chimique),
-à un dépôt de titane ou de tungsten sur toute la surface du composant,
-un recuit thermique pour réaliser les siliciures de titane ou de tungsten assurant les contacts métal-silicium,
-une gravure sélective du titane ou du tungsten à l'emplacement des zones de dépôt situées au dessus de l'oxyde de silicium.
-à l'ouverture des zones de contact de la base 107-117 et du collecteur 103106, notamment en gravant l'oxyde de silicium (masquage suivi d'une attaque chimique),
-à un dépôt de titane ou de tungsten sur toute la surface du composant,
-un recuit thermique pour réaliser les siliciures de titane ou de tungsten assurant les contacts métal-silicium,
-une gravure sélective du titane ou du tungsten à l'emplacement des zones de dépôt situées au dessus de l'oxyde de silicium.
Claims (12)
1. Procédé pour améliorer les performances, notamment le gain en courant, d'un composant bipolaire, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend l'étape de créer, dans un transistor bipolaire comportant des jonctions n-p-n (ou p-n-p), un effet canal (un effet MOS) selon une direction sensiblement perpendiculaire aux plans des jonctions n-p et p-n.
(de sorte que les porteurs de charges positives ou négatives circulent selon kzdite direction et que les densités de courant électrique varient dans le volume du transistor)
2. Procédé selon la revendication 1 tel que pour créer ledit effet canal dans un transistor bipolaire composé de couches n et p empilées,
-on applique une tension de polarisation sur au moins une tranche des couches n et p empilées.
3. Procédé selon la revendication 2 tel que
-on applique ladite tension de polarisation sur au moins l'une des faces d'une tranchée (108) perpendiculaire aux plan des couches n et p empilées.
4. Procédé selon la revendication 2 tel que
-on applique ladite tension de polarisation sur les faces d'un puits traversant perpendiculairement les couches n et p empilées.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4 tel que
-on applique une tension de polarisation dont la valeur est sensiblement comprise entre 0 Volt et 5 Volts.
6. Composant microélectronique tétrapode conjuguant 1'effet bipolaire et 1'effet MOS, caractérisé en ce qu'il comprend :
-des couches de silicium n et p empilées pour former un transistor du type np-n ou p-n-p ; les couches externes formant respectivement l'émetteur (118) et le collecteur (103) dudit transistor et la couche intermédiaire formant la base (117) ; lesdites couches étant connectées électriquement à des contacts galvaniques (119, 120,122) situés à l'extérieur dudit composant,
-une tranchée (108) traversant perpendiculairement au moins deux des couches contiguës de silicium n et p ; ladite tranchée (108) contenant un matériau électriquement polarisable, notamment un polysilicium ; ledit matériau électriquement polarisable étant couplé par effet capacitif avec les couches de silicium n et p situées en vis-à-vis ; ledit matériau électriquement polarisable formant la grille (113) du transistor MOS ainsi composé et étant connecté électriquement à un contact galvanique (121) situé à l'extérieur dudit composant.
7. Composant microélectronique selon la revendication 6, tel que
-ledit matériau électriquement polarisable est électriquement isolé des couches de silicium n et p par une couche isolante (109), notamment d'oxyde de silicium.
8. Composant microélectronique tétrapode selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7 tel que
-ladite couche de silicium intermédiaire formant base (117) entoure sur trois côtés la couche de silicium rectangulaire formant émetteur (118),
-ladite couche de silicium formant collecteur (103) entoure sur deux côtés la couche de silicium formant base (117),
-ladite tranchée (108), accolée aux tranches n et p, est disposée selon l'un des côtés de la couche de silicium formant base.
9. Composant microélectronique tétrapode selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7 tel que
-ladite couche de silicium intermédiaire formant base (117) entoure la couche de silicium rectangulaire formant émetteur (118) sur ses quatre côtés,
-ladite couche de silicium formant collecteur (103) entoure la couche de silicium formant base (117) sur ses trois cotés,
-ladite tranchée (108), accolée aux tranches n et p, est en forme de puits et est entourée par l'émetteur (118) qu'elle traverse.
10. Composant microélectronique tétrapode selon l'une quelconque des revendications 5 à 8 tel que
-la tension appliquée au contact galvanique connecte à l'émetteur (118) est notamment comprise entre 0 Volt et 5 Volts,
-la tension appliquée au contact galvanique connecté à la base (117) est notamment comprise entre 0 Volt et 5 Volts,
-la tension appliquée au contact galvanique connecté au collecteur (103) est notamment comprise entre 0 Volt et 5 Volts,
-la tension appliquée au contact galvanique connecté à la grille (113) est notamment comprise entre 0 Volt et 5 Volts, (de sorte que le gain est compris entre 100 et 104).
11. Procédé de fabrication d'un composant microélectronique tétrapode conjuguant 1'effet bipolaire et 1'effet MOS, comprenant :
-des couches de silicium n et p (103,117,118) empilées pour former un transistor bipolaire du type n-p-n ou p-n-p ; les couches externes formant respectivement l'émetteur (118) et le collecteur (103) dudit transistor et la couche intermédiaire formant la base (117) ; lesdites couches étant connectées électriquement à des contacts galvaniques (119,120,122) situés à l'extérieur dudit composant (1) et isolés par des murs d'isolation en oxyde de silicium,
-une tranchée (108) traversant perpendiculairement au moins deux des couches contiguës de silicium n et p ; ladite tranchée (108) contenant un matériau électriquement polarisable, notamment un polysilicium ; ledit matériau électriquement polarisable étant couplé par effet capacitif avec les couches de silicium n et p situées en vis-à-vis ; ledit matériau électriquement polarisable formant la grille (113) du transistor MOS ainsi composé et étant connecté électriquement à un contact galvanique (121) situé à l'extérieur dudit composant (1), ledit procédé étant caractérisé en ce que, pour fabriquer le composant microélectronique tétrapode (1), on met en oeuvre au moins certaines des étapes suivantes, connues en soi, entrant dans la fabrication des composants transistors tels que des BICMOS et des composants mémoires tels que des DRAM (Dynamique
Random Access Memory), en procédant comme suit ;
-1) on réalise un substrat de silicium (100) faiblement dope p de type Si-p ou dopé n de type Si-n, ledit substrat étant recouvert d'une couche isolante d'oxyde de silicium (99),
-2) on réalise, par implantation localisée d'ions antimoine ou d'ions bore, la couche enterrée (101) de type Si-n'ou Si-p'du collecteur (103),
-3) on dépose sur le substrat de silicium (100) et sur la couche enterrée (101), parcroissanceépitaxiale, unecouche (102) de silicium de type Si-p ou une couche de silicium de type Si-n,
-4) on réalise, par implantation localisée d'ions antimoine ou d'ions bore, dans la couche (102) de type Si-p ou de type Si-n, un caisson (103) de silicium dopé de type Si-n ou Si-p, destiné à constituer le collecteur (103),
-5) on réalise, par sur-oxydation en surface, les murs d'isolation (104) d'oxyde de silicium (SiO2) autour de la zone (105) prévue pour recevoir le contact galvanique (122) du collecteur (103) et aux extrémités du composant,
-6) on réalise, par implantation localisée d'ions phosphore ou d'ions bore à la verticale de l'emplacement (105) prévu pour recevoir le contact galvanique (122) du collecteur (103), un puits d'accès (106) à la couche enterrée (101) du collecteur (103) ; ledit puits d'accès étant de type Si-n+ ou Si-p+,
-7) on réalise, par implantation localisée d'ions bore ou d'ions phosphore dans le caisson (103), une couche (107) de silicium de type Si-p ou Si-n, destinée à composer la base (117),
-8) on réalise ladite tranchée (108) par gravure par ion réactif (R. I. E.,
Reactive Ion Etching) à la verticale de l'emplacement de la grille (113),
-9) par oxydation, on nappe d'une couche (109) d'oxyde de silicium les parois de ladite tranchée (108), (de manière à constituer la couche diélectrique de la liaison capacitive entre la grille (113) et les couches (102, 107, 118) du composant),
-10) on réalise, par gravure dans la couche d'oxyde de silicium (99), des évidements (110) prévus pour recevoir la couche de silicium dopée composant l'émetteur (118),
-11) on dépose une couche de polysilicium (111) dans la tranchée (108) et sur la surface du composant (1), notamment dans lesdits évidements (110),
-12) on enlève, par gravure, dans la couche de polysilicium (111), toutes les parties autres que celles (112,113) prévues pour composer l'émetteur (118) et la grille (113),
-13) on réalise, par oxydation localisée du poysilicium, des murs (114,115) d'isolation en oxyde de silicium entourant l'émetteur (118) et la grille (113),
-14) on réalise, par implantation localisée d'ions bore ou d'ions phosphore dans la couche (107) de silicium de type Si-p ou Si-n, une liaison électrique (116) de type Si-p+ ou Si-n+ entre la base (117) de type Si-p ou Si-n et le contact galvanique (119) de la base (117),
-15) on procède à un recuit thermique du composant à une température telle que les atomes dopants contenus dans le polysilicium (111) diffusent dans la couche (107) de silicium de type Si-p ou Si-n, de manière à réaliser l'émetteur (118) de type Si-n+ ou Si-p+,
-16) on met en place les contacts galvaniques (119,120,121,122) de la base (117), de l'émetteur (118), de la grille (113), du collecteur (103).
12. Procédé selon la revendication 10 tel que pour réaliser les contacts galvaniques (119,120,121,122) on procède :
-à l'ouverture des zones de contact de la base et du collecteur, notamment en gravant l'oxyde de silicium (masquage suivi d'une attaque chimique),
-au dépôt de titane ou de tungsten sur toute la surface du composant,
-un recuit thermique pour réaliser les siliciures de titane ou de tungsten assurant les contacts métal-silicium,
-une gravure sélective du titane ou du tungsten à l'emplacement des zones de dépôt situées au dessus de l'oxyde de silicium.
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