Brevet FR2045816A1 — publié le 19710305

i 2045816 La présente invention se rapporte à la fabrication de transistors. Le procédé classique de fabrication de transistors bipolaires planars consiste à diffuser des régions ayant des modes de conduc-5 tion opposés dans un corps de matière semiconductrice afin de former des structures n-p-n ou p-n-p. Les emplacements des régions diffusées sont définis par des techniques de photogravure connues.Dans la fabrication de dispositifs en silicium, on exécute généralement les diffusions selon un procédé en deux étapes consistant à chauf-10 fer d'abord le semiconducteur dans une atmosphère contenant une impureté modifiant le mode de conduction et de l'oxygène afin de former dans le dispositif une région diffusée fortement dopée, puis à former un revêtement vitreux à la surface de celui-ci. Ce revêtement protège- la surface sousjacente du semiconducteur contre la va-15 porisation et contre les réactions chimiques, et constitue en même temps une source intermédiaire d'impuretés entre la source initiale et le corps semiconducteur. Après cette étape, on enlève le revêtement vitreux et on chaUffe à nouveau le dispositif, dans de la vapeur ou dans une autre atmosphère oxydante, afin de redistribuer 20 les impuretés de la région peu profonde à la profondeur désirée et pour provoquer une réoxydation de la surface du semiconducteur. Dans les transistors au silicium, on utilise traditionnelle-•ment le phosphore comme impureté donneuse. Le dépôt de cette impu- . reté dans une atmosphère oxydante a pour résultat un revêtement 25 constitué par un mélange amorphe de bioxyde de silicium (Si02)- et de pentoxyde phosphoreux (PgO^), c'est à dire, d'un verre phospho-silicaté, à la surface du silicium. On a constaté que les transistors qui sont fabriqués de manière que le revêtement de verre phos-phosilicaté qui se forme pendant le dépôt de l'émetteur soit con-30 servé, sont moins sensibles aux températures élevées et aux tensions de polarisation que ceux ne comportant pas un tel revêtement. Les résultats obtenus dans les dispositifs antérieurs étaient imprévisibles. Le degré de passivation est apparemment lié à l'épaisseur de la couche de verre phosphosilicaté et celle-ci est diffi-35 cile à contrôler, car elle est influencée par le traitement de décapage intervenant immédiatement avant le dépôt de la couche de mé-tallisation des contacts afin de diminuer la résistance de contact. 70 20318 2045816 Or, ce traitement enlève "une plus ou moins grande partie du verre phosphosilicaté. Jusqu'à présent, le revêtement de passivation des transistors appelés à opérer à des fréquences élevées ne comportait pas de ver-5 re phosphosilicaté. Ces transistors sont fabriqués avec des émetteurs ayant des dimensions extrêmement petites. On supprimait l'étape de redistribution de l'impureté de l'émetteur pendant la fabrication de ces dispositifs, cars si l'on réoxyde les petits emplacements des émetteurs, il est alors nécessaire de produire des 10 ouvertures de contact par photogravure. Or, il n'est pas possible d'aligner le masque de photogravure utilisé pour délimiter ces ouvertures de contact d'émetteur avec une précision suffisante pour être sûr que seule la matière d'émetteur est exposée. En conséquence, c'est la région peu profonde formée pendant le dépôt de l'im-15 pureté qui était utilisée oomme région d'émetteur dans ces dispositifs. Des ouvertures de contact précisés peuvent être produites en enlevant simplement le verre phosphosilicaté formé pendant le dépôt de l'émetteur. En conséquence, après que les ouvertures de contact ont été formées, il ne reste plus de verre phosphosilicaté sur 20 ces dispositifs. La présente invention apporte un procédé de fabrication de transistors bipolaires passives avec du verre phosphosilicaté pouvant opérer à des fréquences élevées et qui ne soulève pas les problèmes de la technique antérieure. Le présent procédé consiste à 25 former une région d'émetteur non-réoxydée dans une région de base située dans un corps de matière semiconductrice avec la formation résultante d'une couche de verre phosphosilicaté sur le dispositif, puis à couvrir cette couche de verre avec un revêtement de protection. Après la formation du revêtement de protection, des ouvertu-30 res de contact appropriées sont formées par photogravure dans le re vêtement de protection de verre phosphosilicaté à l'emplacement de l'émetteur au moyen d'un décapant agissant sur le revêtement de pro tection et sur le verre, mais qui n'attaque pas le revêtement d'oxy de thermique. 35 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressorti ront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'e xemple nullement limitatif, en réfé-rence aux Fig. là 7 du dessin 70 20318 3 2045816 annexé qui sont une série cLe vues en coupe illustrant les étapes successives du procédé qui en fait l'objet. la fig.l montre en coupe la structure d'une plaquette partiellement traitée avant l'exécution des nouvelles étapes du présent 5 procédé. Gette plaquette, désignée par 10, comprend un corps 12 de matière seraiconductrice, telle que le silicium, qui a été produite par des moyens classiques et comporte une partie inférieure de support 14, du type p dans cet exemple, une partie intermédiaire 16 de type n+ et une partie supérieure 18 de type n ayant la résistivité 10 qui convient pour faire fonction de collecteur. Habituellement, la partie n 18 est une couche épitaxique produite à la surface de la partie n+ 16. le corps 12 comporte une face supérieure 20 sur laquelle peuvent être exécutées les opérations de diffusion nécessaires pour .la fabrication du transistor. ' 15 La structure représentée sur la fig.l est celle qui existe a- près la diffusion de l'impureté formant la base. Avant cette diffusion, un revêtement de masquage 22 est formé sur la face 20 du corps 12. Ce revêtement 22, qui est généralement du bioxyde de silicium, est produit de manière classique, en chauffant le corps 12 20 dans une atmosphère oxydante engendrant une couche de bioxyde de silicium. Ensuite, on élimine une partie du revêtement 22 par une technique de photogravure classique pour exposer la partie de la .surface 20 qui est appelée à être occupée par la région de base du dispositif. 25 Quand cette étape de photogravure est achevée, on place le corps 12 dans un four dont l1 atmosphère contient une impureté accep- ° trice, généralement du bore, et de l'oxygène, pendant un temps et à une température suffisants pour produire un revêtement de verre bo-rosilioaté 24 sur la surface 20 et au-dessus des surfaces découver-30 tes du revêtement 22. Cette opération a aussi pour résultat de former une région diffusée 2b dans la couche 18, sous la surface 20 du corps 12. A ce stade, la région 26 est peu profonde et a le mode de conduction +p. On exécute ensuite une étape de redistribution ûe la base. On 35 enlève d'abord le revêtement de verre borosilicaté 24, ï'ig.l, de la plaquette 10 au moyen d'un solvant approprié, puis on introduit la plaquette 10, débarrassée du revêtement 24, dans un four contenant 70 20318 4 2045816 une atmosphère de vapeur,, ou une autre atmosphère oxydante à une température généralement de l'ordre de 11002C, de sorte qu'il se produit une nouvelle diffusion des impuretés acceptrices dans la région 26 10 Quand l'étape de redistribution de la base est achevée, on a recours à des procédés de photogravure classiques pour produire à 1' endroit de l'émetteur et à un emplacement adapté à constituer un contact avec la région de collecteur, des ouvertures dans les revêtements de masquage 28 et 22* On obtient ainsi, comme le montre la 15 fig.3, une ouverture 30 qui définit l'emplacement de l'émetteur et une ouverture 32 à travers le revêtement d'oxyde de masquage 22 qui définit l'emplacement du contact de collecteur. On place ensuite la plaquette 10 dans un four dont l'atmosphère contient du phosphore et de l'oxygène pendant un temps et à une 20 température suffisants pour former un revêtement de verre phosphosilicaté 34 (fig.3) couvrant toutes les surfaces découvertes du revêtement de masquage 22, du revêtement de base 28 et des ouvertures 30 et 32. C'est ainsi, par exemple, que l'on peut chauffer la plaquette 10 à une température comprise entre 650 et 9502C dans une at-25 mosphère contenant de l'oxygène et du phosphore qui peut provenir du barbotage d'azote à travers un bain d'oxychlorure phosphoreux. La durée du traitement n'ést pas critiçrue, mais doit être comprise entre environ 5 et 30 minutes pour obtenir un revêtement de verre phospho- 0 silicaté 34 dont l'épaisseur s'échelonne entre 200 et 2000 A. Le re-30 vêtement 34 pourrait aussi être produit par pyrolyse d'un mélange de silane (SiH^) et de phosphine (PH^) .dans l'oxygèjae. Ce procédé offre l'avantage de pouvoir être exécuté à une température relativement basse d'environ ^002C. Le dépôt du revêtement de verre phosphosilicaté 34 a aussi pour 35 résultat de former une région fortement dopée n++ 36 qui. contribue à l'établissement d'un contact ohmique avec la région de collecteur 18 et d'une.région fortement dopée n+ 38 qui constitue l'émetteur du 70 20318 5 20458T6 dispositif. . Toutes les étapes décrites jusqu'ici sont universellement connues dans la technique et sont utilisées pour la fabrication de transistors bipolaires planars. les étapes qui vont être décrites 5 ci-après, s'écartent de la technique classique et constituent un nouveau procédé en combinaison avec les étapes précédentes. le procédé classique consiste à enlever la couche de verre phosphosilicaté formée pendant le dépôt de l'émetteur, afin de découvrir le contact d'émetteur. Par contre, dans le présent procédé, 10 cette étape est supprimée et on n'enlève pas le verre phosphoreux. Au lieu de cela, on produit, pendant l'étape suivante, représentée sur la fig.4, un revêtement de protection 40 au-dessus du revêtement de verre phosphosilicaté 34. Dans le présent procédé, ce revêtement de- protection 40 est, de préférence, constitué par du bio-15 xyde de silicium dopé au phosphore, le revêtement 40 est, de préférence," produit en chauffant la plaquette 10 dans une atmosphère de silane (Siïl^)- et de phosphine (PH^) dans l'oxygène. Cette étape peut être exécutée à une température relativement basse d'environ 3002C et la profondeur des régions d'émetteur 38 et de base 26 n'est 20 pas sensiblement modifiée par celle-ci. le revêtement de bioxyde de silicium dopé au phosphore obtenu par ce procédé a une densité relativement faible et il est préférable de lui faire subir un recuit • dans une atmosphère oxydante. En conséquence, l'étape suivante du . présent- procédé consiste à chauffer la plaquette 10 dans de la va-25 peur, ou dans une autre atmosphère oxydante, pendant un temps suffisant pour donner au revêtement 40 la densité désirée. L'étape suivante du présent procédé consiste à produire des ouvertures dans la couche de bioxyde de silicium dopé au phosphore 40 et dans la couche de verre phosphosilicaté 34 jusqu'à la surface de 30 la plaquette 12 afin de permettre d'établir un contact avec les régions d'émetteur et de collecteur du dispositif. A cette fin, on traite d'abord le revêtement de bioxyde de silicium 40 avec une substance telle que l'acide benzosulfonique, car on a constaté que les résines photosensibles classiques n'adhèrent pas bien sans un tel 35 traitement. On applique ensuite une résine photosensible sur toute la surface de la plaquette 10. On utilise un masque pour exposer la résine photosensible 42. 70 20318 6 2045816 Ce masque produit .dans la résine photosensible une image qui peut avoir les mêmes dimensions que les ouvertures d'émetteur et de collecteur ou peut être plus petite ou plus grande que ces dernières. Un alignement précis du masque au-dessus des emplacements de l'émet-5 teur et du collecteur n'est pas nécessaire, car le temps nécessaire pour enlever le revêtement d'oxyde dopé 40 et la couche de verre phosphosilicaté 54 est court,, car ces matières se décapent facilement. Comme représenté sur la fig»5, les ouvertures produites dans la résine photosensible 42 peuvent être légèrement décalées, d'une 10 petite distance "d" de la position exacte qu'elles devraient occuper au-dessus de l'emplacement des contacts d'émetteur et de collecteur. On place ensuite la plaquette dans ion bain de décapage, par exemple, dans tin bain d'acide fluorhydrique tamponné avec du fluorure d'ammonium, afin d'enlever les parties du revêtement d'oxyde do-15 pé au phosphore 40 et du revêtement de verre phosphosilicaté 34 qui ne sont pas protégées par le revêtement de résine photosensible 42. On obtient ainsi, après enlèvement de la résine dans un solvant approprié, comme représenté sur la fig.6, une ouverture de contact d1 émetteur 44 et une ouverture de contact de collecteur 46. Il est à 20 remarquer que ce décapage enlève la couche d'oxyde dopé et le verre phosphosilicaté, sans attaquer les revêtements initiaux d'oxyde de masquage 28 et 22, car ces revêtements ne sont pas aussi facilement attaqués par le décapant du verre phosphosilicaté. A partir de ce point, la fabrication du dispositif peut se poursuivre selon des 25 techniques classiques» C'est ainsi qu'un nouveau revêtement de résine photosensible (non-représenté) peut être appliqué sur le dispositif tel qu'il est représenté sur la fig.6 et une ouverture de contact appropriée 48 (fig.7) aboutissant à la région de base 26 peut être produite. Ensuite, les métallisations d'émetteur, de base et de 30 collecteur indiquées respectivement en 50, 52 et 54 peuvent être appliquées de la manière habituelle. Le dispositif fabriqué selon le procédé comporte une couche de bioxyde de silicium dopé au phosphore et une couche de verre phosphosilicaté assurant la stabilité du dispositif ainsi qu'une région 35 d'émetteur non- réoxydée améliorant les performances en feaute fréquence. La jonction base-émetteur'est bien protégée par le revêtement d'oxyde de masquage produit par croissance thermique, et les 70 20318 7 2U45816 courts-circuits base-émetteur ne risquent guère de se produire lorsque l'on suit le présent procédé. 70 20318 8 2045816 BEYBMDI CATIONS 1.- Procédé perfectionné pour produire un transistor corn -portant un corps de matière seraiconductrice avec une région de collecteur de type n, une région de base de type, p et une région d'émet- 5 teur formée dans ladite région de base par un procédé consistant à déposer une couche, de verre pho s pho s ili cat é sur ledit corps et sur ledit revêtement d'oxyde de masquage de celui-ci, ledit revêtement de masquage comportant une ouverture définissant l'emplacement de ladite région d'émetteur, caractérisé en ce que l'on n'enlève qu'une 10 partie de ladite couche de verre phosphosilicaté dudit corps, cette partie étant pratiquement alignée avec ladite ouverture dans ledit revêtement d'oxyde de masquages 2.- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on forme un revêtement de protection d'une matière qui peut être déca- 15 pée par une substance qui décape aussi ledit revêtement de verre phosphosilicaté, à former un revêtement d'une résine photosensible sur ledit revêtement de protection et à exposer ledit revêtement de résine photosensible à travers un masque conçu pour définir dans ledit revêtement de résine une ouverture qui est pratiquement alignée 20 avec l'ouverture du revêtement d'oxyde de masquage. 3.- Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'après avoir déposé ledit revêtement de verre phosphosilicaté et avant d'enlever une partie quelconque de celui-ci, on forme un revêtement de protection d'une matière qui peut être décapée par une substance qui 25 décape aussi ledit revêtement de verre phosphosilicaté, et à décaper sélectivement ledit revêtement da protection au voisinage de ladite ouverture d 4.- Procédé selon la revendication'3 dans lequel ladite étape 30 de décapage sélective est caractérisée par les étapes consistant à former un revêtement de résine photosensible sur ledit revêtement de protection et à exposer ce revêtement de résine à travers un masque dont la configuration correspond aux dimensions et à la forme de ladite région d'émetteur afin de définir dans ledit revêtement de rési- 35 ne photosensible une ouverture qui est sensiblement, mais pas néces-ment saire/ exactement, alignée avec les ouvertures dudit revêtement d'oxyde.