Brevet FR2009704A1 — publié le 19700206

' 2009704 La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un dispositif à semi-conducteur, procédé qui comporte l'étape de formation d'une couche contenant de l'antimoine sur au moins une partie de la surface d'un corps semi-conducteur. 5 La diffusion à 1'état solide de divers éléments qui revêtent une importance en tant qu'impuretés, tant directement à partir de l'état de vapeur qu'à partir d'un solide pour modifier ou transformer la conductivité de parties d'un corps semi-conducteur, ast une technique bien connue. L'antimoine, impureté de type 10 donneur, est avantageux en tant que diffusant, en raison de sa vitesse de diffusion relativement faible, notamment lorsqu'on la compare à celle du bore, diffusant intéressant du type accepteur. Pour de nombreuses applications, par exemple dans les dispositifs à semi-conducteurs de haute fréquence et dans les 15 dispositifs à semi-conducteurs dans lesquels une forte concentration d'impuretés en surface est désirée, la plus faible profondeur de pénétration d'une impureté de diffusion plus lente est désirable. Par exemple, dans des dispositifs à semi-conducteurs à 20 double diffusion tels que des transistors au silicium de haute fréquence, à conductivité du type PHP, le mouvement d'un front de diffusion d'antimoine pendant -une période de diffusion par chauffage donnée est minimal comparé à d'autres diffusants, notamment le phosphore, en permettant l'établissement de zones 25 de type de conductivité moins profondes. De même, le lent mouvement de l'antimoine permet l'accumulation d'une plus forte concentration d'impureté près de la surface, autre caractéristique avantageuse, notamment pour certains aspects de la fabrication des circuits intégrés. 30 Dans la zone de base d'un transistor, la diffusion d'antimoine a generaxemeno euë oxiectuëe un utilisant: des composes a:anximoxne solides en tant que sources. Par exemple, le trioxyde d'antimoine (SbgO^) est un solide aux températures ordinaires et est largement utilisé pour des traitements thermiques de diffusion. Toutefois, 35 les sources tant solides que liquides, et en particulier les sources solides, ont des tensions de vapeur relativement basses, ce qui réduit le taux de concentration en surface de l'impureté qui peut être atteint dans une période de chauffage donnée. BAD CV-GINAL 69 12607 2 2009704 En outre, la source liquide elle-même nécessite des températures d'environ 800°C ou davantage. I-' invention permet de remédier à ces inconvénients j elle comprend une phase d'exposition du corps à une température 5 élevée à un mélange composé .de triméthylstibine et de silane, pour foimer la couche. le procédé permet le dépôt de l'impureté à basse température et en une quantité relativement grande, en une courte période de temps, de manière à offrir les fortes concentrations d'anti-10 moine en surface qui sont désirables. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention reësortiront de la description détaillée qui va suivre, faite en regard du dessin annexé et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif, une foime de réalisation conforme 15 à l'invention. Sur ce dessin : la figure 1 est une représentation schématique d'un appareil servant à effectuer le dépôt d'oxyde 5 la figure 2 est xrne vue en coupe droite partielle d'un corps 20 à semi-conducteur portant la pellicule d'oxyde dopée et la pellicule d'oxyde protectrice. Conformément à l'invention, la diffusion de l'antimoine est effectuée en utilisant un oxyde dopé appliqué à la surface du semi-conducteur en tant que source d'impureté pour cette 25 diffusion, l'oxyde dopé constituant l'impureté est forné à une température relativement basse, d'environ 300 à 400°C, en faisant réagir des quantités en volume relativement égales de triméthylstibine et de silane dans une atmosphère d'azote qui peut également contenir une petite quantité d'oxygène. "? Q •"STIC "| 0 r! Oïl contenant un oxyde d'antimoine est formée sur la surface exposée du corps semi-conducteur , dans la chambre de réaction. Une pellicule fortement dopée à l'antimoine, relativement épaisse, est formée dans une période de temps relativement courte, et. 35 une couche de dioxyde de silicium pratiquement pur est formés par dessus la pellicule d'oxyde dopé. Cette couche se comporte comme une "capsule" qui empêche l'impureté de s'échapper, la diffusion est ensuite effectuée par chauffage à uno température BAD ORIGINAL 69 12607 j 2009704 élevée pendant une période de temps suffisante pour faire pénétrer le diffusant afin de modifier la conductivité du corps semi-conducteur. La température relativement "basse à laquelle l'oxyde dopé 5 à l'antimoine est déposé ne provoque pas d'attaque corrosive nuisible de la surface, ce qui permet de conserver la qualité de surface. Les oxydes, d'antimoine ne sont solubles à aucun degré notable dans l'oxyde de silicium, tout au moins comparativement au bore et au phosphore. Par conséquent, un oxyde dopé à l'antimoine 10 ne peut pas être dépose aux plus hautes températures nécessitées par une source liquide. En l'absence d'un tel oxyde, la surface du semi-conducteur subit en général une attaque corrosive sévère. Comme le montre la figure 1, le corps semi-conducteur, 15 qui consiste dans cet exemple particulier en des tranches de silicium monocristallin, est disposé sur une plaque chauffante rotative dans la chambre de réaction 11. Les gaz réactifs sont amenés à la chambre de réaction 11 par une conduite d'admission 26. Une fritte de verre, non représentée, peut être installée dans la 20 partie supérieure de la chambre pour répartir les gaz. De la triméthylstibine et du silane sont amenés tous deux en dilution dans de l'azote utilisé comme véhicule gazeux, depuis les réservoirs 13 et 14 , respectivement, par les conduites d'alimentation 15 et 16. Des régulateurs de pression appropriés, 25 des vannes à commande magnétique et des,soupape à pointeau sont prévus dans les deux conduites. Les conduites 15 et 16 comportent des débitraètres 23 et 24. La triméthylstibine est amenée à de basses concentrations, typiquement à environ 1 fo dans de l'azote. A titre de précaution, il y a lieu de remarquer 30 que ce composé d'antimoine est généralement instable aux concentrations supérieures à 5 dans des atmosphères d'azote sous pression de 14 bars. Le silane est fourni typiquement à un taux de concentration correspondant dans l'azote. On a représenté une tayauterie supplémentaire reliant une source d'oxygène 35 21 , par l'intermédiaire d'une conduite d'admission 22 et d'un débitmètre 25, à deux orifices d'admission de le chambre de réaction. r Dans une opération de dépôt.typique, on place une rangée 69 12607 4 2009704 de tranches 3 > siiiciua-dtir-.'lo -plritûau 'tournent circu- ' - ■ laire de la plaque chauffante que l'on fait ensuite monter dans la chambre de réaction 11. On maintient la température de la plaque chauffante à environ 360°C, et on fait arriver les trois mélanges 5 de gaz des réservoirs 13, 14 et 21 pendant une courte période de temps. Au bout d'environ 5 minutes, une pellicule d'oxyde dopé O à l'antimoine, ayant une épaisseur d'environ 40 A,s'est formée. On interrompt alors l'arrivée de la triméthylstibine utilisée comme réactif et on fait arriver "du silane avec de l'oxygène 10 pour, former une couche épaisse supplémentaire, principalement . composée de dioxyde de silicium. La, figure 2 montre une section droite partielle de la surface, revêtue d'oxyde , d'une tranche à ce stade du procédé. Sur la surface du substrat de silicium 31 se trouve une mince couche 32 qui 15 est en grande partie de l'oxyde d'antimoine (Sb„0,_) mélangé avec un peu de dioxyde de silicium (SiÛ2), la quantité de ce dernier étant largement déterminée par la quantité de silane (SiH^) qui s'est diffusé-dans le système. Cette couche 32 constitue la source d'antimoine en tant que diffusant. Pour empêcher efficacement 20 1'évaporation de ce diffusant, on applique une couche de recouvrement 33 relativement épaisse d'oxyde de silicium pratiquement pur- par-dessus la couche d'oxyde dopé 32. A la suite du processus de dépôt, on retire les tranches et on les place dans un four de diffusion , où on les chauffe 25 pendant une période prolongée à des températures comprises dans - la gamme de 1250 à 1300°C, pendant environ 1 heure. Les résultats d'une série d'essais à différentes températures, chaque essai impliquant plusieurs tranches, sont donnés sur le tableau suivant : 30 Résistance pelliculaire Profondeur de la Essai n° îemp. °C moyenne jonction (ohms parvcarré) (microns) 1 1284 12,9 5,89 2 1277 15,3 5,60 35 3 1278 13,8 6,18 4 1275 17,3 4,86 Il y a lieu de remarquer que la diffusion de l'antimoine 69 12607 s 7009704 décrite ci-dessus peut être limitée à une partie du corps semiconducteur au moyen de techniques de masquage classiques bien connues à l'heure actuelle dans la pratique, de manière à limiter l'étendue du dépôt d'oxyde dopé à une portion particulière du 5 corps semi-conducteur. Par exemple, une configuration extrêmement utile pour la diffusion de l'antimoine est représentée par la diffusion initiale masquée dans un substrat de silicium de conductivité de type P, de petites zones de diffusion d'antimoine de conductivité du type ÎT pour former des couches internes de 10 forte conductivité dans des circuits intégrés. Après diffusion des zones de collecteur internes dopéoq& l'antimoine, on foime une couche semi-conductrice épitaxiale par-dessus la totalité du substrat, en ensevelissant ainsi les parties traitées par diffusion d'antimoine en vue de réduire la résistance de collecteur 15 de transistors intégrés. Dans cette application, l'antimoine est particulièrement désirable en tant que dopant, en raison de son mouvement relativement lent -oendant les traitements thermiques de diffusion subséquents. 20 En outre, bien que l'exemple de réalisation typique -.it concerné le traitement de .silicium, l'invention est applicable à d'autres matières semi-conductrices. En particulier, elle est très utile avec le germanium, si l'on tient compte des températures de diffusion légèrement plus basses qui sont requises, 25 comparativement au silicium, Elle peut aussi être appliquée avec los ^'-.i-conc-uctours composés tols qu. l'arséniure C.o g-lliuvi, coiipi'.jii./.iit un élément do chacun dos colonn .s III ut ? d. ls classification. Périodique des Eléments assujettis aux limitations que l'on observe habituellement en ce qui concerne lu traitement tîier- r t SAD PAGINAI 69 12607 6 2009704 BEVENDIOATIQMS 1 - Procédé de fabrication d'un dispositif à semi-conducteur comprenant l'étape de formation d'une couche contenant de l'antimoine sur au moins une partie de la surface d'un corps semi-conduc- 5 teur, caractérisé par 1j fait qu'il comprend une phase d'exposition du corps, a une tarapérature élevée, A un mélange composé de trimé-thylstibine et de silane pour former la couche. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le mélange contient aussi de l'oxygène. 10 3 - Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la température élevée est comprise entre environ 300 ot 4-uû°C. 4'- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3j caractérisé par le fait que le corps semi-conducteur est choisi 15 parmi le silicium, le germanium et les semi-conducteurs composés du type comprenant un élément da chacune des colonnes III et Y de la classification Périodique des Eléments. 5 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4-, caractérisé par lo fait qu'il comporte une étape de formation 20 d'une couche d'oxyde de silicium pratiquement pur par-dessus le1 couche contenant de l'antimoine. 6 - Dispositif à semi- conducteur, obtenu au moyen d'un procédé conforma à l'une quelconque des revendications précédentes. BAD ORIGINAL