FR2962592A1

FR2962592A1 - Procede de fabrication d'un transistor a effet de champ chimio-sensible et transistor ainsi obtenu

Info

Publication number: FR2962592A1
Application number: FR1156164A
Authority: FR
Inventors: Richard Fix; Andreas Krauss; Alexander Martin
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2011-07-07
Publication date: 2012-01-13
Anticipated expiration: 2031-07-07
Also published as: JP2012018166A; JP6004614B2; CN102315128A; FR2962592B1; ITMI20111238A1; DE102010031167A1

Abstract

Procédé de fabrication d'un transistor à effet de champ notamment d'un transistor à effet de champ chimio-sensible pour un détecteur de gaz. Pour réduire le nombre de techniques d'élaboration et de matériaux utilisables ainsi que pour augmenter les possibilités de variations dans l'ordre des opérations à effectuer, dans le cadre du procédé on développe une couche de protection d'isolation de porte (3) qui protège la couche d'isolation de porte (2) dans la suite du traitement contre l'influence de l'environnement ; avant de réaliser une couche d'électrode de porte on l'enlève partiellement ou totalement. L'invention concerne également un tel transistor à effet de champ et son utilisation dans un détecteur de gaz.

Description

1 Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un transistor à effet de champ notamment d'un transistor à effet de champ chimio-sensible pour un capteur de gaz. L'invention se rapporte également à de tels transistors à effet de champ et à leur utilisation. Etat de la technique Les éléments de capteur utilisés dans des capteurs chimiques de gaz fondés sur des transistors à effet de champ et des matériaux semi-conducteurs à bande large, sont réalisés actuellement principalement en utilisant des matériaux standards de la technique des semi-conducteurs. Les capteurs chimiques de gaz nécessitent toutefois une porte dite « ouverte » avec une couche d'isolation de porte sensible, très mince et une couche sensible installée sur la couche d'isolation de porte. Pour éviter la contamination du métal dans la couche d'isolation de porte qui se traduit par une détérioration des propriétés électriques (perturbations) et une réduction de la stabilité, et d'autre part pour éviter les contraintes en température à partir d'autres composants par exemple métalliques, on réalise la couche d'isolation de porte habituellement en entrée de la chaîne de fabrication. Dans les procédés de fabrication connus pour les transistors usuels, on couvre cette couche d'isolation de porte directement après sa fabrication avec une couche d'électrode de porte en un matériau conducteur, et qui est durable et reste en place. Le matériau de la couche d'isolation de porte et de la couche d'électrode de porte dans les deux procédés est toutefois exposé à de nombreuses étapes opératoires telles que la lithographie, le revêtement, la gravure et la pulvérisation et aux influences physiques et chimiques liées à ces opérations ; c'est pourquoi cette procédure de fabrication de transistors à effet de champ chimio-sensible muni d'une couche sensible chimiquement comme couche d'électrode de porte ne convient pas ou ne convient que de manière très limitée pour les étapes opératoires qui viennent ensuite.

2 C'est ainsi que par exemple dans le cadre des procédés de fabrication connus, au cours d'une étape de travail suivante on n'applique aucune couche du même matériau que celui de la couche d'isolation de porte ou de la couche d'électrode de porte et on la met en structure car en ouvrant cette couche on attaquerait l'isolation de porte ou la couche d'électrode de porte et on risquerait de l'enlever. A titre d'exemple, dans les procédés de fabrication connus, pour cette raison, la couche d'isolation de porte n'est réalisée qu'après avoir appliqué un oxyde de champ et après l'avoir structuré.

De même dans les procédés de fabrication connus on ne pourra structurer les couches métalliques appliquées ensuite, habituellement, seulement par les procédés de dégagement en chimie humide car la gravure à sec risquerait d'attaquer également la couche d'isolation de porte.

Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des solutions connues et a ainsi pour objet un procédé de fabrication d'un transistor à effet de champ notamment un transistor à effet de champ chimio-sensible pour un détecteur de gaz, ce procédé comprenant les étapes suivantes : a) utiliser une couche de substrat en un matériau semi-conducteur, b) développer une couche d'isolation de porte sur la couche de substrat, c) développer au moins une couche de protection d'isolation de porte 25 sur la couche d'isolation de porte, d) enlever totalement ou partiellement la couche de protection d'isolation de porte, et e) développer une couche d'électrode de porte sur la couche d'isolation de porte ou sur la partie résiduelle des couches de protection 30 d'isolation de porte. Le procédé selon l'invention a l'avantage de protéger la couche d'isolation de porte par la couche de protection d'isolation de porte contre les influences de l'environnement. Ainsi le produit résultant de l'étape de procédé c) peut être avantageusement traité 35 ensuite entre l'étape de procédé c) et l'étape de procédé d) et notamment

3 on peut poursuivre le traitement en effectuant avantageusement des étapes de procédé telles que la pulvérisation arrière ; de tels procédés ne sont pas possibles dans le cadre des procédés connus avec une couche d'isolation de porte « ouverte ». De manière avantageuse on peut également augmenter le nombre des techniques de traitement utilisables et les matériaux ainsi que les possibilités de variantes dans l'ordre des techniques de traitement. De plus la couche de protection d'isolation de porte peut servir de protection au transport et de protection contre les impuretés par exemple lors de la division cette couche peut être seulement enlevée peu avant de réaliser la couche de l'électrode de porte (couche sensible). De plus la couche de protection d'isolation de porte peut devenir une partie intégrante de la couche d'isolation de porte en ce qu'au moins une partie de la couche de protection d'isolation de porte ou des couches de protection d'isolation de porte restera sur la couche d'isolation de porte ou aussi sur une autre zone du transistor à effet de champ. En outre grâce à la ou aux couches de protection d'isolation de porte on peut avantageusement régler la position et la forme des arrêtes des couches entre les étapes de procédé c) et d). De plus on peut contrôler l'intégrité de la couche d'isolation de porte par la couche de protection d'isolation de porte qui est électroconductrice. De manière préférentielle, au moins certaines couches de protection d'isolation de porte résistent aux étapes de procédé exécutées entre les étapes de procédé c) et d) et/ ou sont suffisamment épaisses pour protéger la couche d'isolation de porte pendant les étapes de procédé exécutées entre les étapes c) et d) pour les protéger contre les influences de l'environnement. De plus la ou les couches de protection d'isolation de porte peuvent de préférence être enlevées sélectivement de la couche d'isolation de porte.

Avant l'étape de procédé c), le procédé comprend de préférence une étape de procédé : c0) nettoyage de la couche d'isolation de porte notamment par un traitement au plasma, par exemple en enlevant une couche et/ou en écumant ou par pulvérisation arrière et/ou par une opération de gravure chimique par voie humide ou par voie sèche et/ou par un traitement thermique par exemple dans une

4 atmosphère contenant de l'oxygène ou par une combinaison de ces opérations. De cette manière on peut avantageusement éliminer les composants organiques et améliorer la fonctionnalité du transistor à effet de champ. Le traitement par un plasma au gaz peut se faire avec un gaz pur ou un mélange de gaz, par exemple avec de l'argon, de l'oxygène et/ ou du fluor. La pulvérisation arrière peut se faire par exemple en utilisant de l'argon de l'azote et/ou de l'oxygène. La gravure par voie humide peut se faire par exemple avec une solution tamponnée contenant HF. La gravure chimique à sec peut se faire par exemple dans une atmosphère contenant CF4 ou SF6. Par exemple au nettoyage on peut enlever une épaisseur de couche de l'ordre de ? 2 nm - 30 nm. L'étape de procédé c) se fait de préférence directement à la suite de l'étape de procédé b) ou c0).

La ou les couches de protection de la couche d'isolation peuvent être développées ou appliquées en surface et notamment sur toute la surface dans l'étape de procédé c). Dans le cadre d'un mode de réalisation du procédé, on développe ou on applique dans l'étape de procédé c), deux ou plusieurs couches de protection d'isolation de porte en des matériaux différents, les couches étant appliquées l'une sur l'autre. Dans le cas de plusieurs couches de protection d'isolation de porte, les matériaux des différentes couches de protection d'isolation de porte et leur succession sont accordés de préférence selon les étapes de procédé suivantes en particulier entre les étapes de procédé c) et d). Les différents matériaux peuvent être choisis pour offrir une très grande résistance (physique et/ ou chimique) ou une inertie vis-à-vis des différentes étapes de procédé exécutées individuellement, de manière successive, notamment entre les étapes de procédé c) et d).

De cette manière, le système de couche de protection de l'isolation de porte aura globalement une épaisseur totale plus faible qu'une seule couche de protection d'isolation de porte tout en offrant la même résistance ou la même inertie. Selon un autre développement du procédé, dans l'étape 35 de procédé c), avant de développer ou d'appliquer une couche de protection d'isolation de porte en un matériau résistant vis-à-vis des procédés d'enlèvement physique ou de gravure à sec, en particulier la pulvérisation arrière, par exemple la gravure par un faisceau d'ions (procédure de gravure IBE « ion beam etching ») ou par un rayonnement 5 par faisceau d'ions réactifs (procédé RIBE « reactive ion beam etching ») on a par exemple le carbure de silicium, le nitrure de silicium, le nitrure de titane, le silicium nitrocarboné, une couche de protection d'isolation de porte en un matériau tel que par exemple de l'aluminium métallique et/ou du nickel qui est développée ou appliquée et peut s'enlever ou se détacher par gravure chimique par voie humide. Cela permet de protéger la couche de protection d'isolation de porte, extérieure lors de l'enlèvement physique ou la gravure à sec de la couche d'isolation de porte et par la dissolution ou l'enlèvement de la couche de protection d'isolation de porte située en dessous et qui s'enlève ou se dissout par voie chimique humide. Comme matériau pour la ou les couches de protection d'isolation de porte il y a entre autres par exemple le silicium amorphe ou polycristallin, car le silicium fait de toute façon partie du substrat et il est en général la couche d'isolation. En variante ou en plus on peut envisager également d'autres matériaux. Par exemple on peut envisager de l'aluminium métallique et/ou du nickel comme métaux qui seront faciles à enlever ultérieurement ou encore du nitrure de silicium ou des couches formées d'un matériau organique ou autres matériaux d'isolation qui s'enlèvent sélectivement par comparaison avec le dioxyde de silicium. Suivant un autre développement dans l'étape de procédé c) on développe ou on applique une ou plusieurs couches de protection d'isolation de porte qui comprennent : - un matériau choisi dans le groupe comprenant les oxydes, nitrures et silicates de silicium, aluminium, zirconium, hafnium ou leurs mélanges par exemple le dioxyde de silicium, le nitrure de silicium, l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de zirconium, le silicate de zirconium, l'oxyde de hafnium, le silicate de hafnium ou leurs mélanges, et/ou - un mélange de silicium bore, carbone et azote, et/ou - un mélange de silicium aluminium oxygène et azote, et/ou

6 - aluminium et/ou nickel, et/ou - silicium et/ou titane et/ou tantale et/ou niobium, et/ou - du silicium carbonitruré, et/ou - du carbure de silicium, et/ou - de l'oxyde de silicium, et/ou de l'oxyde de titane, et/ou - une matière organique. Dans la mesure où dans l'étape de procédé c) on réalise ou on applique une ou plusieurs couches de protection d'isolation de porte électroconductrice, celles-ci seront complètement enlevées de préférence dans l'étape de procédé d). Les couches de protection d'isolation de porte développées ou appliquées dans l'étape de procédé c) peuvent avoir par exemple globalement une épaisseur totale d) de l'ordre de ? 10 nm - 10 pm et notamment de ? 50 nm - 1000 nm par exemple ? 50 nm - 500 nm. La ou les couches de protection d'isolation de porte peuvent être appliquées ou réalisées dans l'étape de procédé c) par exemple par dépôt chimique au gaz (procédé PVD ; dépôt chimique à la vapeur) par exemple par pulvérisation ou par pulvérisation réactive ou par dépôt chimique en phase gazeuse (procédé CVD ; dépôt chimique en phase vapeur), par exemple par dépôt chimique basse pression en phase gazeuse (procédé LPCVD « low pressure chemical vapour deposition ») ou par dépôt chimique en phase gazeuse assisté par du plasma (procédé PECVD « plasma enhanced chemical vapour deposition ») ou par dépôt en couche atomique (procédé ALD « atomic layer deposition ») ou par une combinaison de ces procédés. Par exemple dans l'étape de procédé c) : - on développe ou on applique tout d'abord au moins une couche de protection d'isolation de porte en un matériau diélectrique notamment choisi dans le groupe comprenant les oxydes, les nitrures et les silicates du silicium, aluminium, zirconium, hafnium ou des mélanges de ceux-ci par exemple du dioxyde de silicium, des nitrures de silicium, de l'oxyde d'aluminium, de l'oxyde de zirconium, du silicate de zirconium, de l'oxyde de hafnium, du silicate de hafnium ou des mélanges de ceux-ci, et - ensuite au moins une couche de protection d'isolation de porte est réalisée en un matériau diélectrique et/ ou en un matériau autopassivé en particulier en un matériau comprenant un mélange de encore appelé SIALON et /ou un matériau choisi dans le groupe comprenant les oxydes, les nitrures et les silicates de silicium, aluminium, zirconium, hafnium et des mélanges de ceux-ci par exemple le dioxyde de silicium, le nitrure de silicium, l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de zirconium, le silicate de zirconium, l'oxyde de hafnium, le silicate de hafnium et les mélanges de ceux-ci ou formés à partir de ceux-ci, et - ensuite on forme au moins une couche de protection d'isolation de porte en un matériau résistant (physiquement et/ou chimiquement) notamment en un matériau qui comprend ou est constitué par du carbure de silicium par exemple du carbure de silicium amorphe ou polycristallin notamment du carbure de silicium faiblement électroconducteur et/ou du silicium carbonitruré et/ou du nitrure de silicium et/ou du nitrure de titane.

Dans ces conditions, dans l'étape de procédé c) on peut réaliser ou appliquer : - les couches de protection d'isolation de porte réalisées ou appliquées tout d'abord par exemple par un dépôt physique en phase gazeuse par exemple par pulvérisation ou par pulvérisation réactive ou par un dépôt chimique en phase gazeuse par exemple par un dépôt chimique en phase gazeuse assisté par du plasma ou un dépôt en couche atomique par exemple avec une épaisseur globale dB dans une plage comprise entre ? 3 nm - 300 nm, et - les couches de protection d'isolation de porte alors réalisées ou appliquées, par exemple (respectivement) par dépôt physique aux gaz par exemple par pulvérisation ou pulvérisation réactive et/ou par dépôt chimique en phase gazeuse par exemple par dépôt chimique en phase gazeuse assisté par du plasma ou par dépôt en couche atomique par exemple avec une épaisseur (totale) dz dans une plage comprise entre ? 100 nm - 300 nm, et silicium (Si), de bore (B), de carbone (C) et d'azote (N) et/ou un mélange de silicium (Si), aluminium (Al), oxygène (0), azote (N)

8 - les couches de protection d'isolation de porte réalisées ou appliquées ensuite, par exemple par dépôt physique en phase gazeuse par exemple par pulvérisation ou par dépôt chimique en phase gazeuse par exemple par un dépôt chimique basse pression en phase gazeuse ou un dépôt chimique en phase gazeuse assisté par du plasma, par exemple avec une épaisseur de couche (épaisseur totale) dB dans une plage comprise entre ? 100 nm - 300 nm. Sur une autre caractéristique du procédé, dans l'étape de procédé c) on sélectionne tout d'abord une couche de protection d'isolation de porte dans un matériau de couche d'isolation de porte notamment un matériau du groupe comprenant les oxydes, les nitrures et les silicates, de silicium, aluminium, zirconium, hafnium ou des mélanges de ceux-ci par exemple du dioxyde de silicium, du nitrure de silicium, de l'oxyde d'aluminium, de l'oxyde de zirconium, du silicate de zirconium, de l'oxyde de hafnium, du silicate de hafnium et des mélanges et on applique ou on dépose cette couche. Dans l'étape de procédé e) on peut laisser partiellement ou totalement cette couche de protection d'isolation de porte sur la couche d'isolation de porte et elle peut servir à renforcer la couche d'isolation de porte.

De manière préférentielle dans l'étape de procédé c) on réalise ou on applique au moins une couche de protection d'isolation de porte en une matière non organique. En particulier toutes les couches de protection d'isolation de porte développées et appliquées dans l'étape de procédé c) peuvent se composer de matériaux non organiques.

Dans le cadre d'une autre caractéristique du procédé, dans l'étape de procédé c) on développe ou on applique au moins une couche de protection d'isolation de porte en un matériau électroconducteur. Cette solution a l'avantage que dans l'étape de procédé d0) on vérifie l'intégrité de la couche d'isolation de porte notamment par le branchement électrique de la couche de protection d'isolation de porte à un matériau électroconducteur par exemple avec une aiguille d'essai et on mesure la tension aux bornes de la capacité (mesure C-V) ou on mesure la tension/intensité (mesure I-V).

9 Comme déjà indiqué le procédé peut comporter entre l'étape de procédé c) et l'étape de procédé d) au moins une étape de procédé dO) à savoir : Poursuivre le procédé notamment poursuivre le travail du produit résultant de l'étape de procédé c) et selon lequel la couche d'isolation de porte de l'étape de procédé dO) reste couverte au moins en partie par une couche de protection d'isolation de porte. Comme la couche d'isolation de porte de l'étape de procédé dO) reste au moins en partie couverte par une partie d'une couche de protection d'isolation de porte on évite avantageusement les influences ou les dommages liés à l'étape de procédé dO) ou les limites aux zones qui ont une couche d'isolation suffisamment épaisse et/ou une fonction électrique critique faible (voir figure 3d). Suivant un autre développement du procédé, celui-ci comprend entre l'étape de procédé c) et l'étape de procédé d) une ou plusieurs étapes de procédé dO) choisies dans le groupe comprenant les étapes suivantes : - mise en structure notamment mise en structure latérale par exemple par enlèvement partiel de la ou des couches de protection d'isolation 20 de porte, - développer/appliquer une ou plusieurs autres couches par exemple des couches métalliques/électroconductrices, des couches électroisolantes et/ou des couches passivées notamment pour développer des contacts électriques, des chemins conducteurs, des couches 25 d'isolation et/ou des couches de protection, - mise en structure par exemple par enlèvement partiel d'une ou plusieurs couches développées ou appliquées par exemple des couches de protection d'isolation de porte, des couches métalliques/électroconductrices, des couches électro-isolantes et/ou 30 des couches de passivation, notamment pour réaliser des contacts électriques, des chemins conducteurs, les couches d'isolation et/ou des couches de protection, - vérifier l'intégrité de la couche d'isolation de porte notamment par la mise en contact électrique d'une couche de protection d'isolation de 35 porte, électroconductrice par exemple par une aiguille de test et

10 effectuer une mesure tension/capacité (mesure C-V) ou une mesure tension/intensité (mesure I-V), - diviser le dispositif obtenu par exemple en sciant, - transporter le dispositif résultant, - et des combinaisons de ces opérations selon lesquelles la couche d'isolation de porte reste couverte par au moins une partie d'une couche de protection d'isolation de porte. Dans le cadre de l'étape de procédé dO) on peut utiliser un grand nombre de techniques différentes telles que par exemple l'application d'un revêtement, la gravure, le transport, la lithographie et des techniques de division. La mise en structure peut se faire dans l'étape de procédé d) notamment par un procédé d'enlèvement par exemple par une gravure chimique par voie humide ou une gravure à sec ou encore un procédé d'enlèvement physique par exemple par pulvérisation réactive par des faisceaux d'ions (procédé IBE ; « ion beam etching ») ou des faisceaux d'ions réactifs (procédé RIBE ; « reactive ion beam etching »). La ou les couches de protection d'isolation de porte et/ou d'autres couches réalisées ou appliquées peuvent être structurées selon deux ou plusieurs étapes de procédé dO) et en particulier être enlevées partiellement. De manière préférentielle, l'enlèvement est surveillé par une mesure spectroscopique (émission optique) ou par une mesure spectrométrique (avec un spectromètre de masse). On peut utiliser le défaut ou manque d'un composant enlevé, déterminé, détecté au préalable et le cas échéant également en combinaison avec un signal de temps prédéfini à partir du début de l'enlèvement, servant de signal d'arrêt du procédé d'enlèvement. Dans la mesure où la couche à dégager a une épaisseur de couche suffisante, il est de plus possible d'utiliser l'apparition d'une partie enlevée de cette couche comme signal d'arrêt du procédé d'enlèvement. Cela assure qu'à l'arrêt du procédé d'enlèvement, la matière de la couche à dégager, par exemple de la couche d'isolation de porte sera disponible sans laisser de reste de la ou des couches à enlever.

11 Après la ou les étapes du procédé de mise en structure des couches de protection d'isolation de porte d0) on peut développer ou appliquer une ou plusieurs autres couches par exemple par un dépôt physique aux gaz (procédé PVD ; encore appelé procédé de dépôt physique à la vapeur « physical vapour deposition »), par exemple par pulvérisation ou par pulvérisation réactive ou par dépôt chimique en phase vapeur (procédé CVD ; « chemical vapour deposition ») par exemple par un dépôt chimique basse pression en phase gazeuse (procédé LPCVD ; low pressure chemical vapour desposition ») ou encore par un dépôt chimique en phase gazeuse assisté par du plasma (procédé PECVD ; plasma enhanced chemical vapour deposition ») ou par un dépôt en couche atomique (procédé ALD ; atomic layer deposition ») ou encore par une combinaison de ces procédés. Ces couches peuvent le cas échéant être également appliquées pour renforcer la ou les couches de protection d'isolation de porte. On peut par exemple appliquer une ou plusieurs couches métalliques pour former les chemins conducteurs et/ ou des contacts électriques. Par exemple une ou plusieurs couches notamment des chemins conducteurs peuvent être réalisés en un métal ou en un mélange de métaux notamment un mélange binaire ou ternaire de métaux et comprenant au moins un métal choisi dans le groupe suivant : platine, rhodium, ruthénium, tantale, titane, palladium, iridium ou les mélanges de ces métaux et le cas échéant plus au moins un métal choisi dans le groupe comprenant : Chrome, cobalt, cuivre, titane, or, silicium, argent, tungstène, zirconium ou des mélanges de ceux-ci. Par exemple la couche métallique peut assurer notamment la fonction d'un chemin conducteur formé d'un mélange de métal contenant du platine et jusqu'à 30 % en poids rapporté au poids total du mélange de métaux comprenant un ou plusieurs métaux du groupe constitué par platine, rhodium, ruthénium, tantale, titane, palladium, iridium ou des mélanges de ceux-ci. La couche métallique a des chemins conducteurs par exemple d'une épaisseur de couche dL de l'ordre de ? 10 nm - 10 µm par exemple comprise entre ? 50 nm - 500 nm.

12 Selon une autre caractéristique du procédé, la ou les couches de protection d'isolation de porte de l'étape de procédé d0) sont structurées de façon à servir de masque pour la ou les couches réalisées ou développées ensuite, par exemple les couches métalliques.

Par un tel masquage on peut avantageusement modifier notamment les arrêtes des couches déposées ensuite et les adapter aux utilisations ultérieures. La ou les couches de protection de l'isolation de porte peuvent le cas échéant utiliser plusieurs masques et n'être enlevées qu'après le dernier masque de sorte que la couche d'isolation de porte reste protégée même au cours des procédés résiduels. Dans le cas de plusieurs couches de protection d'isolation de porte le cas échéant on peut également laisser intentionnellement différentes couches de protection d'isolation de porte sous une couche formant un masque. L'enlèvement des couches de protection d'isolation de porte dans l'étape de procédé d) peut comporter deux ou plusieurs étapes de procédé pour enlever partiellement. Suivant une autre caractéristique du procédé, l'enlèvement des couches de protection d'isolation de porte de l'étape d) se fait par une gravure à sec ou par une gravure par voie chimique humide. En particulier l'enlèvement des couches de protection d'isolation de porte de l'étape de procédé d) peut se faire par une gravure chimique par voie humide car celle-ci présente une sélectivité très poussée vis-à-vis de la couche d'isolation de porte. Selon un autre développement du procédé, l'étape e) se 25 fait directement à la suite de l'étape d). Selon l'étape de procédé e) on développe ou on applique la couche d'électrode de porte notamment sur au moins un segment de la couche d'isolation de porte et/ou au moins un segment de la partie restante des couches de protection d'isolation de porte. De plus la 30 couche d'électrode de porte peut être réalisée ou appliquée sur au moins un segment d'une couche d'isolation de champ et/ou au moins un segment d'un chemin conducteur. De façon préférentielle, la couche d'électrode de porte est réalisée en un matériau électroconducteur. En particulier la couche d'électrode de porte est en un métal, un mélange

13 de métaux, un alliage ou un mélange céramique-métal par exemple un mélange platine rhodium. L'application de la couche d'électrode de porte (couche sensible) dans l'étape de procédé e) peut se faire notamment par un procédé de revêtement chimique par voie humide. Comme après l'enlèvement de la couche de protection d'isolation de porte on a des caractéristiques de surface déterminées, dans le cas d'un revêtement déposé par voie chimique humide, on peut avoir un comportement de mouillage défini sans nécessiter d'étapes de nettoyage supplémentaires.

La couche de substrat peut être réalisée notamment en un matériau semi conducteur ayant une largeur de bande interdite importante, par exemple en carbure de silicium (SIC). L'expression « semi-conducteur à largeur de bande interdite importante » selon la présente invention désigne notamment un semi- conducteur dont la largeur de bande est supérieure à un électrovolt, par exemple supérieur à deux électrovolts. En outre le procédé peut comporter l'étape de procédé bO) consistant à appliquer une couche d'isolation de champ (oxyde de champ, FOX) sur la couche de substrat. L'étape de procédé bO) se fera avant l'étape de procédé b), après l'étape de procédé b) ou par exemple dans l'étape de procédé dO ou en même temps que l'étape de procédé b). Par exemple on peut d'abord appliquer la couche d'isolation de champ dans l'étape de procédé bO) et le cas échéant la mettre en structure puis appliquer la couche d'isolation de porte dans l'étape de procédé b). La couche d'isolation de porte peut être appliquée ou développée par exemple dans les zones libres entre les zones de la couche d'isolation de champ. Cet ordre est notamment avantageux si la couche d'isolation de champ et la couche d'isolation de porte sont réalisées dans la même matière. En variante on peut également appliquer d'abord la couche d'isolation de porte dans l'étape de procédé b) et le cas échéant lui donner une structure puis appliquer la couche d'isolation de champ dans l'étape de procédé bO). La couche d'isolation de porte peut par exemple être appliquée ou développée en surface. Cet ordre est notamment avantageux si la couche d'isolation de champ et la couche d'isolation de porte sont réalisées dans des matériaux différents.

14 Dans la mesure où la couche d'isolation de porte est appliquée avant la couche d'isolation de champ, la couche d'isolation de porte pourra servir de masque pour la couche d'isolation de champ. Dans l'étape de procédé c) on peut appliquer la couche de protection d'isolation de porte ou les couches de protection d'isolation de porte également en partie ou complètement sur la couche d'oxyde de champ. La couche d'isolation de porte peut être réalisée notamment en surface ou sur toute la surface dans l'étape de procédé b). La couche d'isolation de porte peut être en particulier une couche d'oxyde. Par exemple la couche d'isolation de porte peut être en dioxyde de silicium. L'application de la couche d'isolation de porte dans l'étape de procédé b) peut se faire par exemple par un procédé thermique, par oxydation du matériau semi-conducteur. La couche d'isolation de porte peut être réalisée dans le même matériau ou dans un matériau différent de celui de la couche d'isolation de champ. Par exemple on peut réaliser à la fois la couche d'isolation de champ et la couche d'isolation de porte en dioxyde de silicium. Pour cela on peut par exemple effectuer un traitement thermique oxydant d'une plaquette contenant du silicium par exemple une plaquette de carbure de silicium après avoir déposé par exemple un oxyde à haute température (oxyde HTO) comme oxyde de champ. La couche d'isolation de champ et/ou la couche d'isolation de porte peuvent toutefois être appliquées également en utilisant du tétraéthylorthosilicate (TEOS). En variante on peut également développer la couche d'isolation de champ et/ ou la couche d'isolation de porte avec du silicate de hafnium. L'invention a également pour objet un transistor à effet de champ notamment un transistor à effet de champ chimio-sensible pour réaliser un capteur de gaz, ce transistor à effet de champ étant réalisé par le procédé de l'invention.

L'invention a en outre pour objet un transistor à effet de champ notamment un transistor à effet de champ chimio-sensible pour un détecteur de gaz par exemple un transistor à effet de champ réalisé selon le procédé de l'invention et qui comporte au moins une couche de substrat, une couche d'isolation de porte, une couche d'isolation de champ (oxyde de champ, FOX) un chemin conducteur et une couche

15 d'électrode de porte (couche sensible) ; la couche d'électrode de porte est prévue sur au moins un segment de la couche d'isolation de porte. Selon l'invention, la couche d'électrode de porte est en plus sur au moins un segment de la couche d'isolation de champ et/ou au moins un segment du chemin conducteur. De tels transistors à effet de champ peuvent être avantageusement réalisés la première fois par le procédé de l'invention. Les autres avantages sont ceux liés notamment aux procédés de l'invention tels que développés ci-dessus. La couche d'isolation de porte et/ou la couche d'isolation de champ peuvent être prévues notamment sur la couche de substrat. La couche d'isolation de champ et la couche d'isolation de porte peuvent être adjacentes et/ou se chevaucher. Par exemple au moins un segment de la couche d'isolation de champ peut se trouver sur au moins un segment de la couche d'isolation de porte ou au moins un segment de la couche d'isolation de porte peut se trouver sur au moins un segment de la couche d'isolation de champ. La couche d'isolation de porte peut également être appliquée par exemple sur les zones libres entre les zones de la couche d'isolation de porte. Le chemin conducteur peut être appliqué par exemple sur la couche d'isolation de champ.

La couche de substrat peut être réalisée en un semi-conducteur ayant une grande largeur de bande, par exemple en carbure de silicium SIC. A titre d'exemple la couche de substrat peut être une telle puce. La couche d'isolation de champ et la couche d'isolation de porte peuvent être réalisées dans le même matériau ou dans des matériaux différents. Par exemple la couche d'isolation de champ et la couche d'isolation de porte peuvent être réalisées indépendamment l'une de l'autre avec une matière diélectrique choisie dans le groupe comprenant les oxydes, les nitrures et les silicates de silicium, aluminium, zirconium, hafnium ou leurs mélanges par exemple le dioxyde de silicium, nitrure de silicium, oxyde d'aluminium, oxyde de zirconium, silicate de zirconium, oxyde de hafnium, silicate de hafnium et leurs mélanges. Le cas échéant à la fois la couche d'isolation de champ et aussi la couche d'isolation de porte peuvent être réalisées en un oxyde notamment un dioxyde de silicium.

16 La couche d'isolation de porte peut se composer notamment de deux ou plusieurs couches de matériaux différentes par exemple choisis dans le groupe comprenant les oxydes, les nitrures et les silicates, de silicium, aluminium, zirconium, hafnium ou des mélanges de ceux-ci tels que le dioxyde de silicium, le nitrure de silicium, l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de zirconium, le silicate de zirconium, l'oxyde de hafnium, le silicate de hafnium et leurs mélanges. Le chemin conducteur peut être constitué en un métal ou en un mélange de métaux notamment un mélange binaire ou ternaire de métaux qui comporte au moins un métal choisi dans le groupe comprenant le platine, le rhodium, le ruthénium, le tantale, le palladium, l'iridium et leurs mélanges et le cas échéant plus au moins un métal choisi dans le groupe comprenant le chrome, le cobalt, le titane, le cuivre, l'or, le silicium, l'argent, le tungstène, le zirconium ou leurs mélanges. En particulier le chemin conducteur peut être réalisé avec un mélange de métaux contenant du platine et jusqu'à 30 % en poids rapporté au poids total du mélange de métaux avec un ou plusieurs métaux choisis dans le groupe comprenant le platine, le rhodium, le ruthénium, le tantale, le titane, le palladium, l'iridium ou leurs mélanges. Le chemin conducteur peut avoir par exemple une épaisseur dL dans une plage comprise entre ? 10 nm - 10 µm, par exemple ? 50 nm - 500 nm. La couche d'électrode de porte est de préférence réalisée dans un matériau électroconducteur. La couche d'électrode de porte peut notamment être réalisée en un métal, en un mélange de métaux, en alliage ou un mélange céramique/métal par exemple un mélange platine-rhodium. Le transistor à effet de champ peut comporter comme couches de protection ou comme système de couches de protection, deux ou plusieurs, notamment trois ou plus de couches de protection. Par exemple le transistor à effet de champ peut comporter un système de couches de protection formé d'une couche de base et d'une couche de recouvrement et le cas échéant d'au moins une couche intermédiaire entre la couche de base et la couche de recouvrement ou couche de couverture. Celle-ci peut être par exemple sur au moins un segment de

17 la couche formant le substrat et/ou la couche d'isolation de champ et/ou la couche d'isolation de porte et/ou le chemin conducteur. En particulier la couche protectrice ou le système de couches protectrices peut être adjacent à la couche de l'électrode de porte.

L'expression « système de couches » selon la présente invention désigne notamment un système composé de trois ou plus de couches en des matériaux différents. L'expression « couche de base » désigne notamment la couche du système de couches adjacente à la couche couverte ; l'expression « couche de recouvrement ou couche de couverture » désigne la couche supérieure ou extérieure du système de couches c'est-à-dire celle à l'opposé de la couche couverte. A titre d'exemple le transistor à effet de champ peut comporter un système de couches avec : - une couche de base en un matériau diélectrique notamment choisi dans le groupe comprenant les oxydes, les nitrures et les silicates de silicium, aluminium, zirconium, hafnium et leurs mélanges par exemple le dioxyde de silicium, le nitrure de silicium, l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de zirconium, le silicate de zirconium, l'oxyde de hafnium, le silicate de hafnium et leurs mélanges, et/ou - une couche de couverture en un matériau chimiquement résistant notamment en un matériau contenant un carbure de silicium par exemple amorphe ou du carbure de silicium polycristallin, notamment du carbure de silicium faiblement électroconducteur et/ou du silicium carbonitruré, en étant composé de ces matériaux ou en comprenant, et/ ou - une ou des couches intermédiaires en un matériau diélectrique et/ou autopassivé notamment en un matériau choisi dans le groupe comprenant le silicium (Si), le bore (B), le carbone (C), l'azote (N) et/ou des mélanges de silicium (Si), d'aluminium (Al), d'oxygène (0) et d'azote (N) encore appelé SIALON et/ou un matériau choisi dans le groupe comprenant les oxydes, les nitrures et les silicates de silicium, aluminium, zirconium, hafnium ou leurs mélanges tels que par exemple le dioxyde de silicium, le nitrure de silicium, l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de zirconium, le silicate de zirconium, l'oxyde de hafnium, le silicate de hafnium et leurs mélanges.

18 La couche de base peut avoir une épaisseur de couche dis comprise dans une plage entre ? 3 nm - 300 nm et/ou la couche de couverture a une épaisseur de couche du) située dans une plage comprise entre ? 100 nm - 300 nm et/ou la ou les couches intermédiaires auront (globalement) une épaisseur de couche diz comprise dans une plage entre ? 100 nm - 300 nm. Globalement ce système de couches aura une épaisseur totale dl située dans une plage comprise entre ? 10 nm - 10 pm notamment dans une plage comprise entre ? 50 nm - 1000 nm par exemple une plage telle que ? 50 nm - 500 nm. Un tel système de couches protectrices peut notamment être prévu sur au moins un segment de la couche d'isolation de champ et/ou de la couche d'isolation de porte et/ou du chemin conducteur. En variante ou en plus le transistor à effet de champ peut comporter un système de couches protectrices (chemin conducteur) avec une couche de base en un matériau évitant la diffusion notamment en un matériau qui comporte du nitrure de titane et/ou du nitrure de tantale ou qui est constitué de ce matériau et/ou une couche intermédiaire en un matériau métallique, formant une couche protectrice oxydée notamment en un matériau contenant ou constitué par du titane, silicium, tantale et/ou niobium notamment du titane et/ou du silicium et/ou une couche de couverture en un matériau oxydé notamment en un matériau comprenant ou réalisé en oxyde de titane, silicium, tantale et/ou niobium notamment en oxyde de titane et/ou en oxyde de silicium ou comprenant un tel matériau. La couche de base peut avoir une épaisseur de couche des située dans une plage ? 5 nm - 50 nm et/ou la couche intermédiaire et la couche de couverture peuvent avoir une épaisseur globale d2zD comprise dans une plage entre ? 5 nm - 50 nm. Globalement ce système de couches aura une épaisseur totale d2 située dans une plage comprise entre ? 10 nm - 200 nm par exemple dans une plage ? 10 nm - 100 nm. Un tel système de couches protectrices peut notamment être prévu sur au moins un segment du chemin conducteur. L'invention a également pour objet l'utilisation d'un tel transistor à effet de champ et/ou d'un transistor à effet de champ selon l'invention pour détecter et/ou analyser des gaz d'échappement

19 notamment les oxydes d'azote par exemple dans le cadre d'un diagnostic embarqué (diagnostic OBD). Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation du procédé de fabrication d'un transistor à effet de champ réalisé selon un tel procédé, représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - les figures la - le sont des vues en coupe schématique non à l'échelle explicitant un mode de réalisation du procédé selon l'invention ainsi que d'un transistor à effet de champ réalisé avec le procédé, - la figure 2 est une vue en coupe schématique non à l'échelle explicitant un autre mode de réalisation du procédé selon l'invention et d'un transistor à effet de champ réalisé avec un tel procédé, - les figures 3a - 3d sont des vues en coupe schématique non à l'échelle explicitant un autre mode de réalisation du procédé de l'invention et d'un transistor à effet de champ réalisé avec un tel procédé.

Description de modes de réalisation de l'invention La figure la montre que dans le cadre de ce mode de réalisation du procédé, dans l'étape de procédé a) on utilise une couche de substrat 1 en un matériau semi-conducteur sur lequel selon l'étape de procédé b0) on développe tout d'abord une couche d'isolation de champ 4 et on structure cette couche ; ensuite dans la zone libre entre deux zones de couche d'isolation de champ 4 on réalise selon l'étape de procédé b) une couche d'isolation de porte 2. La figure lb montre que selon l'étape de procédé c) on a réalisé une couche de protection d'isolation de porte 3 sur la couche d'isolation de porte 2 et en plus des zones voisines de couche d'isolation de champ 4. La figure 1c montre que selon l'étape de procédé d0) à la suite de l'étape de procédé c) on a développé une couche métallique 5 sur les zones de couche d'isolation de porte 4 ; cette couche métallique 20 est adjacente à la couche de protection d'isolation de porte 3 et sert de chemin conducteur. La figure 1d montre qu'après l'étape de procédé d0), dans l'étape de procédé d) on a enlevé complètement la couche de protection 5 d'isolation de porte 3. La figure le montre que directement après l'étape de procédé d) on a développé une couche d'électrode de porte 6 sur la couche d'isolation de porte 2 ; ces couches sont en plus prévues sur des segments de la couche d'isolation de champ 4 et sur le chemin 10 conducteur 5 au voisinage de la couche d'isolation de porte 2. La figure le montre en outre qu'une couche de protection 7 a été développée sur les segments du chemin conducteur 5 adjacent à la couche d'électrode de porte 6. La figure 2 montre que dans le cadre de ce mode de 15 réalisation du procédé, également dans l'étape de procédé a) on utilise une couche de substrat 1 en un matériau semi-conducteur que l'on munit suivant les étapes de procédé bO) et b) d'une couche d'isolation de champ 4 et d'une couche d'isolation de porte. Contrairement aux modes de réalisation des figures la - 1d, dans l'étape de procédé c) de 20 ce mode de réalisation on a développé trois couches de protection d'isolation de porte 3', 3", 3" avec des matériaux différents sur la couche d'isolation de porte 2 et sur une zone de couche d'isolation de champ 4, voisine ; dans l'étape de procédé d) on a seulement enlevé complètement les deux couches supérieures de protection d'isolation de 25 porte 3", 3". C'est ainsi que dans l'étape de procédé suivante e) on peut réaliser sur la couche de protection d'isolation de porte 3' qui subsiste, une couche d'électrode de porte (cette couche n'est pas représentée) et cette couche de protection d'isolation de porte 3' qui subsiste fonctionne comme couche renforçant l'isolation de porte. 30 La figure 3a montre que dans le cas de ce mode de réalisation du procédé, également dans l'étape de procédé a) on utilise une couche de substrat 1 en un matériau semi-conducteur et sur cette couche, dans les étapes de procédé bO) et b) on développe une couche d'isolation de champ 4 et une couche d'isolation de porte 2 ; et sur ces 35 couches, dans l'étape de procédé c) on applique sur toute la surface une

21 couche de protection d'isolation de porte 3. Contrairement aux modes de réalisations des figures la - 1d et de la figure 2 on a partiellement enlevé la couche de protection d'isolation de porte 3 dans la première étape de procédé dO) de ce mode de réalisation.

La figure 3b montre que la couche d'isolation de porte 3 partiellement enlevée sert de masque dans une seconde étape de procédé dO) au cours de laquelle on applique sur toute la surface, une première couche métallique 8 pour former une surface de contact. La figure 3b montre qu'ensuite dans une troisième étape du procédé dO) on a enlevé partiellement la couche de protection d'isolation de porte 3 et la première couche métallique 8. La figure 3b montre en outre que la première couche métallique 8 renforce les zones restantes de la couche de protection d'isolation de porte 3. La figure 3c montre que dans une quatrième étape de procédé d0), pour former un chemin conducteur on applique sur toute la surface une seconde couche métallique 5 qui renforce également les zones résiduelles de la couche de protection d'isolation de porte 3. La couche de protection d'isolation de porte 3 partiellement enlevée sert là encore de masque.

La figure 3d montre que dans une cinquième étape de procédé dO) on enlève partiellement la couche de protection d'isolation de porte 3, la couche métallique 8 et la couche métallique 5. La figure 3d montre que l'enlèvement a été limité par la couche de protection d'isolation de porte 3 aux zones de la couche d'isolation de champ 4 qui ont une épaisseur de couche suffisante. Dans une étape de procédé suivante d) non représentée on peut enlever la couche de protection d'isolation de porte 3 avec les couches métalliques 8, 5 qu'elles portent, par exemple par un procédé de soulèvement ou de dégagement par lequel la couche de protection d'isolation de porte 3 se dissout par exemple par un procédé chimique par voie humide.

NOMENCLATURE couche de substrat semi-conducteur couche d'isolation de porte couche de protection d'isolation de porte couche de protection d'isolation de porte couche de protection d'isolation de porte couche de protection d'isolation de porte couche d'isolation de champ couche métallique/chemin conducteur couche d'électrode de porte couche protectrice couche métallique 15

Claims

REVENDICATIONS1°) Procédé de fabrication d'un transistor à effet de champ notamment un transistor à effet de champ chimio-sensible pour un détecteur de gaz, procédé comprenant les étapes suivantes : a) utiliser une couche de substrat (1) en un matériau semi-conducteur, b) développer une couche d'isolation de porte (2) sur la couche de substrat (1), c) développer au moins une couche de protection d'isolation de porte (3, 3', 3", 3"') sur la couche d'isolation de porte (2), d) enlever totalement ou partiellement la couche de protection d'isolation de porte (3, 3', 3", 3 "'), et e) développer une couche d'électrode de porte (6) sur la couche d'isolation de porte (2) ou sur la partie résiduelle des couches de protection d'isolation de porte (3, 3', 3", 3"». 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans l'étape de procédé c) on développe ou on applique deux ou plusieurs couches de protection d'isolation de porte (3', 3", 3"') en des 20 matériaux différents, ces couches étant appliquées l'une sur l'autre. 3°) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que dans l'étape de procédé c), avant de développer ou d'appliquer une 25 couche de protection d'isolation de porte (3"') en un matériau tel que par exemple du carbure de silicium, du nitrure de silicium, du nitrure de titane ou du silicium carbonitruré, et qui résiste au procédé d'enlèvement physique ou à la gravure à sec, on développe ou on applique une couche de protection d'isolation de porte (3") en un 30 matériau par exemple en aluminium métallique ou en nickel, ce matériau étant soluble par gravure chimique par voie humide. 4°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 24 dans l'étape de procédé c) on développe ou on applique une ou plusieurs couches de protection d'isolation de porte (3, 3', 3", 3 "') qui comprennent : - un matériau choisi dans le groupe comprenant les oxydes, nitrures et silicates de silicium, aluminium, zirconium, hafnium ou leurs mélanges par exemple le dioxyde de silicium, le nitrure de silicium, l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de zirconium, le silicate de zirconium, l'oxyde de hafnium, le silicate de hafnium ou leurs mélanges, et/ou - un mélange de silicium/bore, carbone et azote, et/ou - un mélange de silicium, aluminium, oxygène et azote, et/ou - aluminium et/ou nickel, et/ou - silicium et/ou titane et/ou tantale et/ou niobium, et/ou - du silicium carbonitruré, et/ou - du carbure de silicium, et/ou - de l'oxyde de silicium, et/ou de l'oxyde de titane, et/ou - une matière organique. 5°) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que dans l'étape de procédé c) on développe tout d'abord une couche de protection d'isolation de porte (3') en un matériau formant une couche d'isolation de porte. 6°) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que dans l'étape de procédé c) on développe au moins une couche de protection d'isolation de porte (3 "') en un matériau électroconducteur. 7°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que entre l'étape de procédé c) et l'étape de procédé d) on effectue une ou plusieurs étapes de procédé d0) choisies dans le groupe comprenant les étapes suivantes : - mise en structure des couches de protection d'isolation de porte (3, 35 3), 3", 3>>>)> 25 - développer une ou plusieurs autres couches (4, 5, 7, 8) notamment pour former des contacts électriques, des chemins conducteurs, des couches d'isolation et/ou des couches protectrices, - mise en structure d'une ou plusieurs couches réalisées (2, 3, 3', 3", 3", 4, 5, 7, 8) notamment pour réaliser des contacts électriques des chemins conducteurs, des couches d'isolation et/ou des couches protectrices, - contrôle de l'intégrité de la couche d'isolation de porte (2) notamment par mise en contact électrique d'une couche de protection d'isolation 10 de porte (3"') électroconductrice, - division du dispositif obtenu (1, 2, 3, 3', 3", 3", 4, 5, 7, 8), - transport du dispositif résultant (1, 2, 3, 3', 3", 3", 4, 5, 7, 8), et - les combinaisons de ces étapes, la couche d'isolation de porte (2) restant couverte par au moins une 15 partie de la couche de protection d'isolation de porte (3, 3', 3", 3"'). 8°) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la ou les couches d'isolation de porte (3) sont structurées dans l'étape 20 de procédé dO) pour servir de masque pour réaliser ensuite des couches (4, 5, 7, 8). 9°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 25 l'enlèvement des couches de protection d'isolation de porte (3) dans l'étape de procédé dO) se fait par gravure à sec ou par gravure chimique par voie humide notamment par gravure chimique humide. 10°) Procédé selon la revendication 1, 30 caractérisé par l'étape de procédé e) qui fait suite à l'étape de procédé d). 11 °) Transistor à effet de champ notamment transistor à effet de champ chimio-sensible pour un détecteur de gaz réalisé par le procédé selon 35 l'une quelconque des revendications 1 à 10. 26 12°) Transistor à effet de champ notamment transistor à effet de champ chimio-sensible pour un détecteur de gaz réalisé par exemple selon un procédé de l'invention selon les revendications 1 à 10 et comprenant au moins, - une couche de substrat (1) en un matériau semi-conducteur, - une couche d'isolation de porte (2), - une couche d'isolation de champ (4), - un chemin conducteur (5), - une couche d'électrode de porte (6), la couche d'électrode de porte (6) étant prévue sur au moins un segment de la couche d'isolation de porte (2), transistor caractérisé en ce que la couche d'électrode de porte (6) est en outre prévue sur au moins un segment de la couche d'isolation de champ (4) et/ ou sur au moins un 15 segment du chemin conducteur (5).