Brevet FR2017597A1 — publié le 19700522

La présente invention se rapporte, d'une manière générale, au domaine de la fabrication des semi-conducteurs ets plus particulièrement, à un procédé de fabrication d'un transistor latéral présentant une caractéristique de gain en courant plus élevée que 5 la normale, en comparaison aux dispositifs de la technique antérieure physiquement analogues présentant la même structure type. Jusqu'à présent, les transistors latéraux du type PNP présentant des tensions de rupture utiles (BV) supérieures à 50 volts assuraient généralement des gains en courant (J3) compris 10 dans la gamme de 1 à 5. On fabrique habituellement ces transistors en diffusant, dans un substrat du type If, deux zones d'impuretés du type P de manière à former une région d'émetteur et de collecteur, cependant que le substrat séparateur sert de région de base. Après l'achèvement du processus de diffusion dans les 15 zones où les contacts ohmiques doivent être établis, on découpe des ouvertures dans l'oxyde au-dessus des régions de base, d'émet teur et de collecteur, en utilisant une réserve de photogravure ou une autre technique convenable. lia pastille est ensuite nettoyée et placée dans un appareil 20 d'évaporation sous vide, dans lequel une mince pellicule d'aluminium métal est déposée sur toute la surface de la pastille y compris les zones de contact qui ont'été découpées à travers le revêtement d'oxyde. La pastille est ensuite retirée de l6appareil de dépôt en phase vapeur et la majeure partie de 1saluminium dépo 25 sé est éliminée par corrosion ce qui ne laisse subsister que des bandes étroites qui sont destinées à servir de conducteurs d'amenée de courant dans les régions de base, d'émetteur et de collecteur. La pastille ainsi préparée est ensuite placée dans un four et chauffée à une température prédéterminée pendant une période 30 de temps prédéterminée de façon que les bandes de métal conductri ces respectives soient alliées dans la surface de la pastille aux èmplacements où l'on désire établir un contact ohmique0 Le revêtement d'oxyde isole les bandes des autres zones. Une fois que le processus d'alliage est terminé, la structure de transistor 35 est achevée et est prête à être utilisée. Comme précédemment décrit, une structure semi-conductrL£e du type décrit présente un^type de 1 à 5. Or, s'il était possible d'élargir la gamme du^, le champ d'utilisation du dispositif serait rendu plusieurs fois plus étendu et le dispositif trouverait 40 une application dans des domaines où il était jusqu'à présent inu- BAO ORIGINAL 2 69 19896 2017597 tilisable. Compte tenu de ce qui précède, l'invention a, notamment,pour objet de créer : - un procédé perfectionné de fabrication d'éléments semi-conduc-5 teurs qui permet d'obtenir une structure présentant des caractéristiques de gain en courant considérablement plus élevées que celles d'éléments analogues fabriqués par des procédés de la technique antérieure; - un procédé perfectionné de fabrication de transistors latéraux 10 du type PNP présentant un^considérablement plus élevé que celui de dispositifs analogues fabriqués par des procédés de la te clinique antérieure\ - une technique perfectionnés de production de composants de circuits intégrés présentant certaines caractéristiques jusqu'à pré- 15 sent inexistantes dans la technique antérieure. L'invention sera.mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des dessins joints qui en représentent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation. 20 Sur ces dessins : la figure 1 représente une structure semi-conductrice fabriquée par des procédés de la technique antérieurej la' figure 2 est une vue en coupe transversale ds la stsuctu™ re de la figure 1 s . 25 la figure 3 est un organigramme indiquant certaines opéra tions essentielles du procédé de la technique antérieure utilisé pour fabriquer la structure des figures 1 et 2; la figure 4 représente une structure semi-conductrice fabriquée conformément à l'invention; 30 la figure 5 est une vue en coupe transversale de la structu re de la figure 4j la.figure 6 est un organigramme indiquant certaines opérations impliquées par la fabrication de semi-conducteurs suivant 1 invention, et 35 les figures 7(a) et 7(b) représentant des courbes caractéris tiques de transistors fabriqués conformément à l'invention comparées avec des courbes de la technique antérieure. On va maintenant examiner de plus près les dessins sur lesquels les figures 1 et 2 représentent une structure semi-conduc-40 trice type de la technique antérieure et la figure 3, un organi- BAD OftKSfNAL 69 19896 3 2017597 gramme d'un procédé de fabrication d'une telle structure, suivant la technique antérieure, les opérations essentielles implis.'; quées par le procédé de fabrication de la technique antérieure sont convenablement décrites dans le préambule et il n'est pas né-5 cessaire de répéter cette description ici. Sur les figures 4 et 5 est représenté un mode de réalisation préféré d'une 'structure semi-conductrice fabriquée suivant l'invention et qui offre un^compris dans la gamme de 5 à 500. On remarquera que la nouvelle structure est analogue dans ses grandes 10 lignes à celle du dispositif dé la technique antérieure représenté sur les figures 1 et 2, en ce qu'elle comprend 10116 pastille de, silicium 10 dopée avec des impuretés du type 1T et dans laquelle sont diffusées une première région de forme générale annulaire 12 d'impuretés du type P et une seconde région circulaire 14 d'impu-15 retés également du type P. Sur la surface supérieure de la pastille 10 est déposée une mince couche d'oxyde (SiOg) dans laquelle sont découpées des ouvertures 16, 18 et 20, cette opération s1 effectuant généralement par corrosion pour faciliter la formation des contacts ohmiaues 22, 24 et 26. 20 Au-dessus des ouvertures 16, 18 et 20 est déposée une pelli cule d'aluminium qui est alliée dans les régions du type IT, du type P et du type P, respectivement, de manière à former des contacts ohmiques avec ces régions respectives. Les contacts et leurs zones conductrices 22, 24 et 26 sont ensuite séparés par un 25 processus de gravure qui élimine la matière indésirable.La structure ainsi formée constitue un élément de circuit intégré formant un transistor PNP, dans lequel la zone 10 est la région de base, la zone 12, la région de collecteur, et la zone 14, la région d' émetteur. 30 On remarquera que l'élément de contact 24, dans le mode de réalisation représenté, est suffisamment grand pour couvrir complètement, pratiquement toute la région annulaire 11 de la base 10 séparant la région d'émetteur 14 de la région de collecteur 12o0et te particularité n'est pas indispensable dans le cas du produit fi 35 ni, mais elle est très importante au cours du processus de fabrication qui va être décrit plus loin. Il y a lieu de souligner é-galement ici que, bien que les régions d'émetteur et de collecteur soient représentées comme étant de forme générale circulaire,elles peuvent se présenter sous une forme convenable quelconque compati-40 ble avec un bon montage du circuit intégré. 69 19896 4 2017597 On utilise le procédé des circuits intégrés pour fabriquer la structure du transistor suivant l'invention et ce procédé est illustré matériellement sur les figures 4 et 5 des dessins;il est très analogue aux procédés de la technique antérieure en ce qui 5 concerne ses premières opérations. Le substrat en silicium est tout d'abord dopé avec une matière du type IT, de manière à produire une pastille de silioium du type 11 10. Les régions de collecteur et d'émetteur 12 et 14 sont ensuite diffusées dans la pastille 10, de manière à former des jonctions P1TP constituant une 10 structure de transistor latéral. Au cours du processus de diffusion, un revêtement d'oxyde est formé sur la surface supérieure de la pastille. Cet oxyde est généralement de la silice (SiOg); il sert à isoler électriquement les régions P et N dés tensions appliquées extérieurement 15 Lorsqu'on désire établir des contacts ohmiques, il est nécessaire d'éliminer la couche d'oxyde. A cet effet, généralement, on utilise un procédé du type faisant appel à une réserve de photogravure bien connu dans cette technique et qui permet d'éliminer 1' oxyde dans les zones désirées sans affecter de façon nuisible la 20 pastille proprement dite. Du fait qu'il s'est avéré peu pratique de fixer des fils métalliques directement à la pastille de silicium, une pellicule mé tallique intermédiaire est presque toujours utilisée. Les propriétés désirables de cette pellicule résident en ce qu'elles 25 doit être capable d'établir un bon contact ohmique avec le semiconducteur, en ce qu'elle doit être un excellent conducteur et en ce qu'elle doit présenter des propriétés métallurgiques convenant à la fixation de fils extérieurs. Les métaux les plus couramment utilisés sont l'or, l'aluminium, le titane, le platine, le nickel 30 l'argent et le chrome. Une fois que l'oxyde a été éliminé dans les zones de contact désirées, une pellicule du métal choisi est déposée sur toute la surface supérieure de la pastille de manière à assurer un bon con tact ohmique dans les zones choisies. Jusqu'en ce point, le pro-35 cédé n'est pas différent du processus généralement adopté dans la technique antérieure. Mais, tandis que l'opération suivante des procédés de la technique antérieure consiste à éliminer par corro sion les zones indésirables de la pellicule métallique, en ne laissant subsister .que des bandes conductrices étroites pour con-40 duire le courant électrique des points de connexion des fils aux 5 ~ 69 19896 2017597 points de contact ohmique de la "base, de 1'émetteur et du collecteur, l'opération suivante, dans le procédé suivant l'invention, après le dépôt de la pellicule métallique, consiste à chauffer celle-ci et la pastille jusqu'à une température inférieure au 5 point eutectique de la pellicule et du semi-conducteur pendant un temps convenant pour provoquer la réaction désirée à la température choisie. Pour donner un exemple, on peut chauffer la pastille et la pellicule à 570°C pendant 15 minutes. Après l'opération de chauffage qui peut être suffisante ou 10 non pour provoquer un alliage de la pellicule métallique avec la pastille, le matériau métallique indésirable est ensuite éliminé par corrosion de la surface, de la pastille de manière à ne lais?;: ser subsister que les zones conductrices désirées auxquelles les connexions extérieures peuvent être fixées. Dans certains cas,11 15 peut être préférable, à ce stade, de chauffer la pastille à une température insuffisante pour provoquer un alliage entre la pelli cule métallique et la pastille. Dans ce cas, l'opération d'allia ge suit généralement la dernière opération de corrosion. Au cours de ce stade d'alliage ultérieur, de bons contacts ohmiques peu-20 vent être formés entre la pellicule métallique et les composants semi-conducteurs. A titre de variante du procédé suivant l'invention, le processus de corrosion pèut être en fait antérieur à 1* opération de chauffage à condition qu'une zone de surface métalli que recouvre pratiquement entièrement la zone de base 11 séparant 25 les régions d'émetteur et de collecteur comme indiqué en 28. L'effet de la présence de l'oxyde au-dessus de la région du type N séparant les deux régions du type P pendant le processus d'alliage réside en ce que les caractéristiques de gain en courant de la structure semi-conductrice résultante sont notable 30 ment améliorées par rapport à celles qu'on obtenait avec le processus de la technique antérieure dans lequel aucune zone importante de ce genre n'est recouverte du matériau métallique pendant le processus de'chauffage. Par exemple, on a représenté sur la figure 7(a) les caractéristiques de gain en courant d'une struc-55 ture fabriquée en utilisant le processus de la technique antérieu re. Par contraste, une structure physiquement analogue fabriquée suivant l'invention présente des caractéristiques de gain en courant telles que cèlles qui sont représentées sur la figure 7(b). En comparant les courbes correspondantes I et II des deux figures 40 7(a) et 7("b), on peut voir l'amélioration considérable du gain» 69 19896 6 2017597 La cause de l'amélioration de la caractéristique de gain produite par un revêtement de la région de "base par la pellicule mé-talique pendant le processus de chauffage est jusqu'à présent inexpliquée. On pense toutefois qu'un phénomène inconnu se produit 5 dans le revêtement d'oxyde "pris en sandwich* ou dans les régions frontières adjacentes du semi-conducteur dopé, pendant le stade de chauffage effectué avant l'élimination de la couche métallique recouvrant la région de base. On peut comparer cet effet au processus de dégazage utilisé pour éliminer les derniers vestiges de 10 gaz dans un tube à vide après son exhaustion étant donné que,dans les deux processus, le fonctionnement du dispositif est considérablement amélioré. L'amélioration de gain qu'on obtient en utilisant le procédé suivant l'invention est en fait très substantielle. Comme précé-15 demment décrit, tandis que le^d'une structure de transistor de la technique antérieure est compris dans la gamme de 1 à 5»le/^-d'une structure physiquement analogue ^fabriquée suivant l'invention est compris dans une gamme de 5 à 500. Bien que la discussion ci-dessus du procédé suivant l'inven-20 tion ait été plus ou moins limitée à des structures de transistor du type PNP à titre d'exemple, il va de soi que le même procédé est applicable à la fabrication de circuits intégrés présentant des caractéristiques physiques analogues. . En outre, bien que 1* invention ait été décrite en se référant à un procédé comportant 25 diverses opérations élémentaires données à titre d'exemple, il est évident pour un spécialiste que certaines modifications peuvent être apportées à ce procédé sans qu'on s'écarte pour cela du domaine de l'invention. En conséquence, il est souligné que le procédé particulier 30 décrit n'est nullement invariable et n'est nullement limité aux opérations spécifiques citées. Enfin l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits; elle est susceptible de nombreuses variantes, selon les applications envisagées, sans qu'on s'écarte pour cela 35 du domaine de l'invention» Dans les organigrammes des figures 3 et 6, les lettres najas-cales utilisées ont la signification suivante : A » Préparer une pastille de eiliciuadu type H ; £ = Diffuser on émetteur et un collecteur du type ? dans la 4.0 pastille de silicium > BADORJGINAL 19896 7 2017597 0 = Appliquer de l'aluminium métal sur la surface de la pastille ; D = Eliminer par corrosion le métal en excès en laissant subsister des bandes conductrices étroites ; E = Allier le métal dans la surface de la pastille ; JP = Chauffer la pastille jusqu'à la température de réaction ; G = Eliminer par gravure le métal en excès en laissant subsister des électrodes conductrices. 69 19896 8 2017597 REYEEDIGATIOITS 1. Procédé de fabrication d'un élément du genre transistor, du type PIIP, comprenant les opérations consistant à préparer une pastille de silicium du type ET, à diffuser des régions d'émetteur 5 et de collecteur du type P dans cette pastille, ces régions étant séparées par une partie de ladite pastille formant une région de base du type ÎT, à pratiquer des ouvertures dans le revêtement d1 oxyde formé au-dessus desdites régions de manière à permettre l'établissement .de contacts ohmiques avec chacune des régions de ba-10 se, d'émetteur et de collecteur, à déposer une couche d'un matériau métallique sur ce revêtement d'oxyde et sur ces ouvertures,à chauffer la pastille et la couche métallique jusqu'à une température prédéterminée pendant un temps prédéterminé, puis à éliminer par corrosion ou gravure certaines zones indésirables de la cou-15 che métallique en laissant subsister au moins trois bandes conductrices de cette couche pour former des connexions d'arrivée de courant associées aux régions de base, d'émetteur et de collecteur. 2. Un procédé de fabrication d'un élément du genre transis-20 tor tel que défini dans la revendication 1, comprenant en outre, après l'opération de gravure,«une opération d'alliage des bandes conductrices avec la pastille de manière à établir de bons contacts ohmiques entre les bandes conductrices et les régions de base, d'émetteur et de collecteur, respectivement. 25 • 3* Un procédé de fabrication d'un élément du genre transistor tel que défini dans la revendication 1, dans lequel après le dépôt de la couche métallique et avant l'opération de chauffâge,certaines parties de ladite couche" sont éliminées de manière à former au moins trois zones métalliques électriquement séparées, l'une de 30 ces zones étant disposée de manière à s'étendre au-dessus de la quasi-totalité de la région de base s'étendant entre les régions d'émetteur et de collecteur. 4»Un procédé de fabrication d'un élément du genre transistor tel que défini dans la revendication 1, dans lequel l'opération de 35 chauffage consiste à chauffer la pastille à une température de 550 à 570°0 pendant une durée comprise entre 15 et 30 minutes. 5. Un élément du genre circuit intégré, comprenant une pastille de silicium dopée avec un premier type d'impuretés, un second type d'impuretés étant diffusé dans une première région de cette 4-0 pastille, ce second type d'impuretés étant également diffusé dans 69 19896 9 2017597 line seconde région de la pastille espacée de la première, des premier, second et troisième éléments électriquement conducteurs disposés sur la surface de la pastille et établissant, respectivemeii: des contacts ohmiques avec celle-ci, avec la première région et a-5 vec la seconde région, le second élément électriquement conducteur qui est en contact avec la première région étant suffisamment é-tendu pour couvrir pratiquement toute la zone de la surface de la pastille séparant les première et seconde régions, 6, Un élément du genre circuit intégré suivant la revendica-10 tion 5» obtenu en préparant une pastille de silicium du type N,en diffusant des régions d'émetteur et de collecteur du type P dans cette pastille, ces régions étant séparées par une partie de ladite pastille formant une région du type F, à pratiquer des ouvertures dans le revêtement d'oxyde formé sur lesdites régions de manié 15 re à permettre l'établissement de contacts ohmiques aVee chacune des régions de base, d'émetteur et de collecteur, à déposer une couche de matériau métallique sur le revêtement d'oxyde et les ouvertures de celui-ci, à chauffer ladite couche métallique à une température prédéterminée pendant une période prédéterminée,puis 20 à éliminer par corrosion ou gravure certaines zones indésirables de ladite couche métallique en laissant subsister des bandes conductrices de celle-ci pour permettre l'établissement de connexion d'amenée de courant avec les régions de base, d'émetteur et de collecteur, 25 7» Un élément du genre circuit intégré suivant la revendica tion 5, dans lequel la seconde partie de la pastille entoure complètement la première, 8. Un élément du genre circuit intégré suivant la revendication 5, fabriqué par le procédé décrit dans la revendication 3 30 complété par une opération d'alliage faisant suite à l'opération de corrosion, de manière à établir de bons contacts ohmiques entre certaines des zones métalliques et les régions de*base, d'émetteur et de collecteur respectivement. 9. Un élément du genre circuit intégré suivant la revendica-35 tion 5, fabriqué par le procédé décrit dans la revendication 4-, 10. Un élément du genre circuit intégré suivant la revendication 6, dans lequel la première région est de forme générale circulaire tandis que la seconde est de forme générale annulaire et entoure la première0