Brevet FR2015935A1 — publié le 19700430

La présente invention se rapporte à un procédé d'établissement d'un contact ohmique avec des transistors à faible diffusion, de petites dimensions, par exemple des transistors ÏÏPN pour hyperfréquence à double-diffusion, ainsi qu'à un réactif 5 pouvant être utilisé pour former des contacts par ce procédé. Dans un transistor HPU pour hyperfréquence à double-diffusion, la région de l'émetteur est diffusée dans la région de base par une ouverture.pratiquée dans un masque d'oxyde disposé sur la pastille de semi-conducteur dans laquelle le transistor est 10 formé. La région de l'émetteur est généralement diffusée à une très faible profondeur atteignant seulement environ 1500 à 2000 angstrbms. Un procédé classique d'établissement de contact ohmi-que avec un tel transistor de dimensions réduites à faible diffusion consiste à allier du platine avec la région de l'émetteur 15 par l'ouverture de diffusion de cette région prévue dans le masque d'oxyde et avec la région de base par une ou plusieurs ouvertures d'établissement de contact avec la base prévues à cet effet dans le masque d'oxyde. Toutefois, en raison des dimensions réduites d'un transistor à double-diffusion pour hyper-20 fréquence et de la diffusion extrêmement peu profonde de sa région d'émetteur, le bord de l'ouverture de diffusion d'émetteur pratiquée dans le masque d'oxyde est si voisin de la Jonction émetteur-base à la surface de la pastille qu'une migration horizontale du silieiure de platine formé au cours de la consti-25 tution de l'alliage met souvent hors circuit la Jonction émetteur-base. En outre, si on ne contrôle pas Information de l'alliage d'une manière très stricte, une migration verticale du silieiure de platine peut également mettre hors circuit la jonction émetteur-base. 30 Un autre procédé classique d'établissement de contact oh- miquë avec un transistor HEN pour hyperfréquence à double-diffusion consiste à allier de l'aluminium avec les régions de base et d'émetteur. Toutefois, indépendamment des problèmes de migration horizontale et verticale décrits ci-dessus, l'aluminium 35 réagit avec le masque d'oxyde généralement utilisé dans le procédé de formation des contacts ohmiques. Par conséquent, la probabilité de mise hors circuit de la Jonction émetteur-base au cours de la constitution de l'alliage est encore plus grande avec l'aluminium qu'avec le platine. En outre, il est difficile 40 d'établir un bon contact ohmique avec du silicium du type n au 69 02931 -2- 2015935 moyen cL * aluminium. En conséquence, l'invention a principalement pour objet un procédé perfectionné et à haut rendement d'établissement de contact ohmique sûr avec des dispositifs semi-conducteurs de dimen-5 sions réduites à faible diffusion et notamment avec des transistors ÏJPN pour hyperfréquence, à double-diffusion. A cet effet, comme décrit ci-après à titre d'exemple non limitatif dans le cas particulier d'un transistor IJPN pour hyperfréquence à double-diffusion, on forme un masque d'oxyde relative-10 ment mince au-dessus de l'ouverture de diffusion d'émetteur du masque d'oxyde utilisé au cours de la formation de la région d'émetteur de type n du transistor. On pratique ensuite des ouvertures permettant d'établir le contact avec la base dans ces deux masques d'oxyde et on allie du platine avec la région de 15 base de type £ mise à nu pour former des contacts auxiliaires en silieiure de platine. Le masque d'oxyde mince qui recouvre l'ouverture de diffusion d'émetteur du masque d'oxyde initial empêche le silieiure de platine de se former dans la région d'émetteur et de mettre hors circuit horizontalement ou verti-20 calement la Jonction émetteur-base. Après la formation des contacts auxiliaires en silieiure de platine, on élimine le mince masque d'oxyde qui recouvre l'ouverture de diffusion d'émetteur. On forme ensuite des contacts molybdène-or relativement épais sur la région d'émetteur de type n mise à vue et sur les con-25 tacts auxiliaires de base en silieiure de platine. A condition que la région d'émetteur soit dopée avec une concentration de *1 Q -T 10 /cm , ou plus, le contact du molybdène et de l'or pulvérisé sur elle par bombardement est très bon et présente une faible —4 resistance : 10 ohm par centimètre carré, ou moins. 30 L'invention a également pour objet un réactif amélioré pouvant être utilisé pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus, en vue de réduire au minimum le dégagement au-dessous d'un masque résistant à la corrosion, pendant l'attaque dans les ouvertures du masque. A cet effet, suivant le mode de mise en 35 oeuvre préféré de l'invention, on mélange une substance visqueuse non aqueuse telle que de 1'éthylène-glycol avec un agent corrosif de la matière à graver. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée qui va suivre et des dessins annexés donnés à titre 40 d'exemple non limitatif, sur lesquels : 69 02931 -3- 2015935 les fig. 1-7 sont des coupes transversales partielles montrant les divers stades de la réalisation d'un contact ohmique avec un transistor EPN pour hyperfréquence, suivant le mode de réalisation choisi du procédé de l'invention. 5 La fig. 1 représente une pastille de silicium 10 dans la quelle un transistor ïïPN pour hyperfréquence doit être formé. Cette pastille comprend une région épitaxiale 12 de type n d'une profondeur de l'ordre de 4 microns qui sert de collecteur au transistor. Elle comprend également une région 14 de type n 10 dopée par appauvrissement d'une profondeur de l'ordre de 100 à 175 microns qui jouxte la région de collecteur 12 de type n et qui sert de région de contact de collecteur au transistor. La région de collecteur 12 est dopée avec une concentration d'environ 2 x 10^/cm^ et la région de contact de collecteur 14 est PO ^5 15 dopée avec un$6oncentration d'environ 10 /car . On forme la base du transistor en recouvrant la pastille 10 d'un premier masque d'oxyde et en diffusant, par exemple, une région rectangulaire 16 de type £ d'environ 18 microns de largeur, 30 microns de longueur et 3000 angstrSms de profondeur 20 dans la région de collecteur du type n 12 par une ouverture correspondante pratiquée dans le premier masque d'oxyde. La région de base 16 est dopée avec une concentration d'environ lO^/cm^. On forme les parties de contact de la région de base 16 en recouvrant la pastille 10 d'un second masque d'oxyde et 25 en diffusant, par exemple, deux régions 18 de type p+ dopées par appauvrissement, rectangulaires ayant chacune 4 à 5 microns de largeur, 25 microns de longueur et 6000 angstrSms de profondeur dans une région de base 16 de type £ et dans une région de collecteur sous-jacente 12 de type n par des ouvertures cor-30 respondantes du second masque d'oxyde. Ces régions de contact de base 18 de type p+ sont dopées avec une concentration d'envi-ron 10 /cver et sont disposées parallèlement le long des grands côtés opposés de la région de base 16 de type £ 16 (sur le dessin, les grands côtés de la région de base 18 .sont perpendicu-35 laires au plan de la feuille). Il est souvent souhaitable de diffuser des régions de contact de base 18 dans la région de collecteur 12 avant de diffuser la région de base moins profonde 16. On forme l'émetteur du transistor en recouvrant la pas-4D tille 10 d'un troisième masque d'oxyde 20 d'environ 3000 angs- 69 02931 2015935 trbms de profondeur et en diffusant, par exemple, une région. rectangulaire 22 de type n d'environ 2,5 microns de largeur, 25 microns de longueur et 1500 angstrb'ms de profondeur dans une région de base 16 de type £, par une ouverture correspondante 24 du troisième masque d'oxyde 20. Cette région d'émetteur 22 de 20 3 type n es^dopée avec une concentration d'environ 10 /cnr et est disposée au centre entre les régions de contact de base 18 de type p+ et de manière à être longitudinalement parallèle auxdites régions. les régions de base et d'émetteur 16 et 22 de ce transistor hyperfréquence ont de très petites dimensions et sont peu profondes par rapport à celles d'un transistor basse-fréquence classique dans lequel les régions de base et d'émetteur ont une p superficie de plus de 0,000625 mm , et une profondeur d'un à trois microns. On va maintenant décrire un procédé d'établissement d'un contact ohmique sûr avec les régions de base et d'émetteur petites et peu profondes de ce transistor ÎEPH pour hyperfréquence sur la base d'une production en série avec un haut rendement. Comme indiqué sur la fig. 2, on forme d'abord un masque d'oxyde 26 relativement mince d'environ 50 à 200 angs-trî5ms d'épaisseur par croissance sur la pastille 10 pour recouvrir l'ouverture de diffusion d'émetteur 24 pratiquée dans le masque d'oxyde 20. On peut former par croissance un masque d'oxyde 26 d'environ 100 angstrb'ms d'épaisseur en chauffant la pas-25 tille 10 dans une atmosphère d'oxygène sec à 850°C pendant deux minutes. Comme indiqué sur la fig. 3» on forme les ouvertures d'établissement de contact de base 28 par décapage à travers la couche d'oxyde de masquage 26 et le masque d'oxyde sous-jacent 30 20, pour mettre à nu une zone rectangulaire d'environ 2,5 microns de largeur et 25 microns de longueur, à l'intérieur de chacune des régions de contact de base 18 de type p+. On dépose ensuite une couche 30 d'une matière alliable comme du platine de plus de 500 angstrSms sur la pastille 10, comme indiqué sur 35 la fig. 4. Le meilleur procédé de dépôt de cette eouche de platine est la pulvérisation par bombardement à l'aide d'un dispositif triode pendant 5 minutes sous une tension anode-collecteur de l'ordre de 4 kilovolts, avec un courant de chauffage du filament d'environ 10 ampères et une pression d'argon de l'ordre de 40 3 microns. On peut utiliser soit un dispositif de pulvérisation 69 02931 -5- 2015935 par bombardement triode classique, soit le dispositif perfectionné de ce type décrit dans la demande de brevet américaine n° de série 702.284 déposée le 1er Février 1968 pour "Procédé de formation d'un contact métallique sur un élément et système de dépôt 5 sous vide pour appliquer ce procédé, pour effectuer cette opération de pulvérisation par bombardement au moyen dfun dispositif triode. Ensuite, on chauffe la pastille 10 dans une atmosphère d'azote sec à une température d'environ 600°C pendant environ 4 minutes pour allier le platine de la couche 30 avec les régions 1Q de contact de base en silicium de type p+ 18 mises à nu par les ouvertures 28 des masques d'oxyde 20 et 26. On obtient ainsi des contacts auxiliaires de base en silicixzre de platine 32 dans les ouvertures de contact de base 28. En raison de la géométrie du transistor et des régions de 15 contact de base 18 de type p+, les contacts auxiliaires de base en silieiure de platine 32 sont formés suffisamment loin des régions de collecteur et d'émetteur 12 et 22 pour éviter la mise hors circuit des jonctions collecteur-base 34 et émetteur-base 36. Les masques d'oxyde 20 et 26 empêchent la couche de platine 20 30 de s'allier avec le reste de la pastille 10. Plus précisément, le mince masque d'oxyde 26 recouvrant l'ouverture de diffusion d'émetteur 24 du masque d'oxyde 20 empêche la formation de silieiure de platine dans la petite région d'émetteur peu profonde 22 où il pourrait, autrement, mettre hors circuit hori-25 zontalement ou verticalement la jonction émetteur-base 36. Par conséquent, la température et la durée de cette phase d'alliage n'ont pas d'influence prépondérante. Par exemple, la température peut varier de 500 à 700°G et la durée peut varier d'une manière correspondante, entre une heure et deux minutes, cette dernière 30 durée étant en fait suffisante même à la température la plus basse. La souplesse avec laquelle on peut jouer sur les caractéristiques de cette phase d'alliage rend ce procédé d'établissement d'un contact ohmique avec des dispositifs -semi—conducteurs à faible diffusion, de dimensions réduites, très pratique pour 35 la production en série. Sur la fig. 5, on peut voir que la couche de platine 30 est ensuite éliminée par attaque corrosive à l'aide d'un agent de corrosion comme l'eau régale chauffée, qui n'attaque pas le silieiure de platine. Ceci permet d'effectuer 1'attaque corro-40 sive sans qu'il soit nécessaire d'utiliser un masque photorésis 69 02931 -6- 2015935 tant pour protéger les contacts auxiliaires de base en silieiure de platine 32. le mince masque d'oxyde 26 est ensuite éliminé par corrosion pour mettre à nu la région d'émetteur 22 de type n 22 par l'ouverture de diffusion d'émetteur 24- du masque d'oxyde 20. 5 Cette attaque acide peut également s'effectuer sans qu'il soit nécessaire d'utiliser un masque photorésistant pour protéger les contacts auxiliaires de base en silieiure de platine 32 ou le masque d'oxyde 20, étant donné que les réactifs classiques n'attaquent pas le silieiure de platine et que la mince couche d'o-10 xyde 26 n'a qu'une épaisseur de l'ordre de 100 angstrSms, tandis que le masque d'oxyde 20 a environ $000 angstrSms d'épaisseur. Toutefois, cette opération doit s'effectuer aussi rapidement que possihle pour réduire au minimum la corrosion du masque d'oxyde 20 dans la région de l'ouverture de diffusion d'émetteur 24. 15 Elle peut s'effectuer, par exemple, en environ 5 secondes, en utilisant un réactif d'attaque stabilisé et agité comprenant une poudre mouillante, cinq parts de fluorure d'ammonium et une part d'acide fluorhydrique. Comme on le voit sur la fig. 6, on dépose ensuite un en-20 semble de couches à plusieurs niveaux 38 de molybdène et d'or sur la pastille 10 jusqu'à concurrence d'une épaisseur de 4000 à 8000 angstrî5ms environ. Cet ensemble de couches 38 peut être déposé dans des conditions optimales en pulvérisant successivement par bombardement au moyen d'un dispositif triode une couche 25 40 de molybdène d'environ 500 à 1000 angstroms d'épaisseur, une couche composite 42 de molybdène et d'or d'une épaisseur de l'ordre de 400 à 600 angstrbms, et line couche 44 d'or d'environ 4000 à 6000 angstrSms d'épaisseur sur la pastille 10, de la manière décrite dans la demande de brevet précitée. La couche 30 40 de molybdène empêche l'or des couches 42 et 44 de s'infiltrer par migration dans la région d'émetteur 22 de type n et, de mettre ainsi hors circuit horizontalement ou verticalement la jonction émetteur-base 36. L'ensemble de couches 38 est stable et adhérent et assure 35 un très bon contact avec le silieiure de platine et avec le silicium du type n dopé avec une concentration supérieure à y\Q -7 10 /enr . Des contacts ohmiques fiables 46 peuvent en conséquence être établis avec les régions de base et d'émetteur petites et peu profondes 16 et 22 du transistor HPN pour hyper-40 fréquence en recouvrant les parties de l'ensemble de couches 38 69 02931 -7- 2015935 qui sont verticalement alignées avec les contacts auxiliaires de base en silieiure de platine 32 et la région d'émetteur du type n 22 d'un masque résistant à la corrosion et en éliminant à l'aide d'un corrosif les parties résiduelles de l'ensemble de couches 5 multiples 38, comme indiqué sur la fig. 7« Conformément au procédé décrit ci-dessus, ces contacts de base et d'émetteur 46 sont formés sans qu'il soit nécessaire de passer par une phase d'alliage critique au cours de laquelle la jonction émetteùr-base 36 pourrait être mise hors circuit. 10 Comme il est également indiqué sur la fig»7» on peut former un contact de collecteur pour le transistor hyperfréquence en déposant une couche 48 de chrome d'environ 1000 angstrSms d'épaisseur sur la région de contact de collecteur 14 de type n+ et en déposant une couche 50 d'or d'environ 6000 angstrSms d'épais-15 seur sur la couche 48 de chrome. Les couches 48 et 50 de chrome et d'or peuvent également être déposées dans des conditions optimales par pulvérisation. Lorsqu'on utilise des corrosifs classiques, par exemple, lors de la phase de formation par attaque corrosive des contacts 20 de base et d'émetteur 46 à partir des couches 38, il se produit généralement autant ou plus de corrosion latérale de la matière au-dessous du masque résistant à la corrosion que de corrosion verticale dans les ouvertures de ladite couche. Cette corrosion latérale peut déterminer une "saignée" importante des contacts 25 46 et, par conséquent, affaiblir considérablement leur adhérence d'ensemble à la pastille 10; en outre, elle compromet le rendement en haute fréquence du transistor. On a établi que cette corrosion latérale peut être limitée et même pratiquement supprimée si l'on utilise un réactif contenant une substance non aqueuse 30 d'un degré de viscosité supérieur à celui du corrosif utilisé et, pour donner, un exemple type, d'au moins 7 à 10 centipoises ou plus à 20°C. Par exemple, on peut utiliser un réactif d'une teneur en éthylène-glycol de 30 à 60 % en volume, et d'une viscosité d'environ 20 centipoises à 20°C, le reste étant constitué 35 par un agent corrosif approprié. Une augmentation du pourcentage d'éthylène-glycol réduit la vitesse de corrosion, tandis qu'une diminution de ce pourcentage augmente le degré de corrosion latérale susceptible de se produire. Le réactif optimal pour l'or des couches 44 et 42 semble être un mélange comprenant 50 % 40 d'éthylène-glycol et 50 % da "C-35" (nn agent corrosif conducteur 69 02931 -8- 2015935 produit par Film Microelectronics, Inc. de Burlington, Massachusetts, E.U.A., ou d'un autre corrosif alcalin de ce type quelconque attaquant l'or. D'une manière analogue, le réactif optimal pour le molybdène des couches 42 et 40 semble être un mé-5 lange comprenant 50 % d'éthylène-glycol et 50 % de "C-4QX" (autre agent corrosif conducteur produit par Film Microelectronics Inc.) ou d1un autre agent corrosif alcalin quelconque attaquant le molybdène. Pour obtenir une efficacité maximale, il y a lieu d'utiliser le réactif particulièrement efficace de l'invention 10 environ une heure au plus après sa préparation, étant donné que la réaction du corrosif alcalin avec 1'éthylène-glycol commence à compromettre sérieusement l'efficacité du réactif après environ une heure. Cette période est considérablement plus courte si l'on utilise des corrosifs acides, tels que de l'eau régale, 15 au lieu de corrosifs alcalins. 69 02931 -9- 2015935 - REVENDICATIONS - 1 - Procédé d'établissement de contact ohmique avec différentes régions d'une pastille de semi-conducteur dans laquelle au moins une desdites régions est moins profonde et plus forte- 5 ment dopée qu'une autre de celles-ci, ledit procédé étant caractérisé par les phases de formation, sur ladite pastille, d'un masque d'oxyde non conducteur bien imperméable aux métaux et recouvrant complètement ladite première région, d'alliage d'une première couche métallique avec une partie mise à nu de ladite pastille s'étendant complètement à l'intérieur de ladite seconde région, pour former un contact ohmique pour celle-ci, d'élimination d'une partie dudit masque pour mettre à nu une partie de ladite pastille s'étendant complètement à l'intérieur de ladite première région, et le dépôt d'une seconde couche métallique sur la partie de la pastille mise à nu au cours de l'opération d'élimination précitée, pour former un contact ohmique pour ladite première région. 2 - Un procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la première région est dopée avec une concentra- /I Q "T tion supérieure à 10 /cmJ et par le fait que la phase de dépôt comprend en outre le dépôt de la seconde couche métallique précitée sur le contact ohmique formé au cours de l'opération d'alliage. 3 - Un procédé suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que les première et seconde régions sont contiguës et de types de conductivité différents, et par le fait que la phase de formation comprend en outre la formation du masque sur la pastille effectuée de manière à recouvrir complètement la jonction entre les première et seconde régions. 4 - Un procédé suivant la revendication 3» caractérisé par le fait que la seconde région est du type de conductivité j) et est diffusée dans la pastille, par le fait que la première région est du type de conductivité n et est diffusée dans la seconde région à travers une ouverture d'une première couche d'oxyde formant une partie du masque et par le fait que ladite opération de formation comprend en outre, la formation, sur ladite pastille, d'une seconde couche d'oxyde plus mince que la première, recouvrant complètement l'ouverture précitée de celle-ci, et formant une seconde partie du masque. 69 02931 -10- 2015935 5 - Un procédé suivant la revendication 4, comprenant, entre lesdites opérations de formation et d'alliage, les opérations supplémentaires consistant à éliminer une partie des première et seconde couches d'oxyde pour mettre à nu une partie de la pas- 5 tille située entièrement à l'intérieur de ladite seconde région et à déposer la première couche métallique sur la pastille en contact avec la partie de celle-ci mise à nu au cours de la dernière opération d'élimination citée. 6 - Un procédé suivant la revendication 5» caractérisé par le fait que la première opération d'élimination citée consiste à éliminer la seconde couche d'oxyde pour mettre à nu, par l'ouverture précitée de la première couche d'oxyde, une partie de la pastille entièrement située à l'intérieur de ladite première région, et par le fait que la première opération de dépôt mentionnée comprend une pulvérisation par bombardement de la seconde couche métallique sur la pastille en contact avec la partie de celle-ci mise à nu au cours de la première opération d'élimination citée et en contact avec le contact ohmique formé au cours de ladite opération d'alliage. 7 - Un procédé suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que la première opération de dépôt mentionnée consiste à pulvériser successivement du molybdène et de l'or sur la pastille pour former la seconde couche métallique précitée, par le fait que l'opératioziàe dépôt supplémentaire précédemment mentionnée consiste à pulvériser du platine sur la pastille pour former la première couche métallique mentionnée et par le fait qu'il comprend une opération supplémentaire consistant à éliminer par corrosion au moins certaines parties de la seconde couche métallique pour former le contact ohmique pour la seconde région. 8 - Un procédé suivant la revendication 7» caractérisé par le fait que l'attaque s'effectue au moyen d'un produit de gravure contenant de 1'éthylène-glycol. 9 - Un réactif contenant un corrosif et caractérisé par le fait qu'il contient en outre une substance non aqueuse d'une viscosité plus grande que celle dudit corrosif. 10 - Un réactif suivant la revendication 9» caractérisé par le fait que ladite substance non aqueuse représente 30 à 60 % de son volume et présente une viscosité de plus de 7 centipoises. 69 02931 -11- 2015935 11 - Un réactif suivant la revendication 10, caractérisé par le fait que ledit agent corrosif est alcalin et conducteur et par le fait que ladite substance non aqueuse représente environ 50 % du volume dudit réactif. 5 12 - .Un produit de gravure suivant la revendication 11, caractérisé par le fait que ladite substance non aqueuse est de 11éthylène-glycol.