Brevet FR2026657A1 — publié le 19700918

i 2026657 La présente invention concerne un procédé pour fabriquer un coœposant à semiconducteurs constitué par du silicium et comportant au moins deux zones, réalisées par diffusion, de types de conductivité différents. 5 Pour empêcher que, pendant un processus de diffusion, une petite zone, par exemple dopée du type p et située à la surface d'une pastille de cristal semiconducteur, soit dopée par des défauts diffusant à travers une zone voisine, par exemple fortement dopée du type n, il est usuel de recouvrir et de masquer la-10 dite surface par une couche de SiO^. On peut également doper plus fortement la couche faiblement dopée de la surface afin qu'elle ne puisse pas être dopée différemment. Pour doper cette surface, ce qui facilite également un contact non redresseur avec la zone concernée, on 15 utilise des dépôts de la substance dopante, réalisés à partir de la phase gazeuse par exemple. On peut utiliser une autre méthode pour doper plus fortement la couche faiblement dopée de ladite surface, connue sous le nom de "Procédé Paint-on" et décrite dans le brevet allemand N° 1 046 785. A cet effet, on dépose sur la 20 surface du semiconducteur un composé vitrifiable, connu en soi et contenant la substance dopante, sous la forme d'une ptte, ledit composé étant séché et pénétrant par diffusion à travers la surface considérée. Les méthodes connues sont très compliquées en raison 25 des différentes phases opératoires du procédé, dont l'exécution est en partie très coûteuse, comme par exemple le dépôt d'une couche de masquage, l'utilisation de la technique du décapage photochimique ou le dépôt supplémentaire d'une substance dopante à partir de la phase gazeuse, ou bien ces. méthodes conduisent, 30 dans le cas de la technique MPaint-on", à des composants comportant des zones dopées de façon très irrégulière, et donc à trop grande dispersion des paramètres électriques. Le procédé conforme à l'invention indique une façon de fabriquer, d'une façon simple et rationnelle par diffusion, 35 des composants à semiconducteurs en silicium, dont la concentration des différentes zones en substance dopante est réglée avec précision. Le procédé conforme à l'invention est caractérisé par le fait qu'on utilise, comme élément de base initial, une pastil-40 le de cristal semiconducteur en silicium d'un premier type de 69 43693 2 2026657 conductivité, qu'on dépose une substance dopante des deux côtés et sur toute la surface de la pastille de cristal pour réaliser une zone d'un second type de conductivité opposé au premier, que la substance de dopage déposée sur la face supérieure de la 5 pastille de cristal est enlevée à l'exception de zones partielles dont le dopage est à modifier, par corrosion utilisée dans la technique mesa (corrosion du plateau), qu'on dépose chimiquement une couche, constituée par du nickel et par la substance dopante formant le premier type de conductivité de l'élément de 10 base initial, sur ies parties mises à nu par la corrosion et qu'on réalise finalement les zones constituant le composant a semiconducteurs par un processus de diffusion de la substance dopante du second type de conductivité ainsi que de la substance dopante déposée avec le nickel, dans le cristal semiconducteur. 15 Le procédé conforme à l'invention est également caractérisé par le fait qu'on fait pénétrer par diffusion la substance dopante dans le corps semiconducteur, avant de réaliser la corrosion du plateau, jusqu'à une profondeur inférieure à celle du décapage ultérieur dudit plateau. 20 De plus, on prévoit d'oxyder la surface du corps semi conducteur ou d'y déposer un oxyde avant ledit décapage. Cela présente entre autre l'avantage selon lequel, dans le cas du dépôt ultérieur du nickel, ce dernier ne se dépose que sur des surfaces non oxydées et reste de ce fait restreint aux endroits 25 où il doit agir. Le procédé conforme à l'invention est également caractérisé par le fait qu'on n'enlève pas le revêtement nécessaire pour le décapage du plateau avant de déposer le nickel. On obtient aussi, de ce fait, le dépôt de la couche de nickel 30 contenant la substance dopante qu'aux endroits où elle doit agir. Conformément à l'invention, on utilise du bore ou du phosphore comme substance dopante contenue dans la couchede nickel. Il s'est avéré particulièrement avantageux de régler 35 la teneur en bore ou en phosphore de la couche de nickel à 3 à 10 %, Le procédé conforme à l'invention est également caractérisé par le fait que la couche de nickel, contenant la substance dopante, est déposée avec une épaisseur d'environ G,lu. 40 ' Si on conserve le revêtement nécessaire pour le dé- 69 43693 3 2026657 •eapage du genre utilisé dans la technique mesa, par exemple une laque photosensible, sur le plateau ou si on conserve la surface du plateau oxydée, on n'obtient aucun dépôt de nickel sur ledit plateau, lors de l'exécution convenable du nickelage, mais ce 5 dépôt est obtenu sur la partie désirée, décapée, de la surface où le cristal initial faiblement dopé fait surface. Si, au contraire, on nickèle aussi la surface du plateau, on doit choisir le nickelage si mince et le dopage du nickelage si faible qu'aucun changement de dopage ou qu'aucune compensation plus 10 forte ne se produit dans le cas d'une diffusion ultérieure dans la zone du plateau. La nouveauté du procédé conforme à l'invention réside dans le fait qu'on dépose une couche de nickel contenant du bore ou du phosphore sur une partie sélectionnée de la surface d'un 15 cristal semiconducteur, par voie chimique humide très simple et peu onéreuse, en sorte que, lors d'un processus de diffusion ultérieur, la surface de la zone par exemple faiblement dopée du type p est dopée plus fortement (dopage du type p) par la teneur en bore du nickel ou bien la surface de la zone faiblement dopée 20 du type n est dopée fortement (dopage du type n) par la teneur en phosphore, et qu'une modification du dopage par des défauts diffusant depuis une zone voisine fortement dopée est impossible. Un autre avantage du procédé conforme à l'invention réside dans le fait qu'un dépôt de nickel se produit en mène 25 temps que ce dopage de protection de sorte que, lors de la diffusion ultérieure, la durée de vie des porteurs de charge minoritaires est plus élevée que dans le cas où il n'y a pas de nickel. De plus, la réalisation d'un contact non redresseur aux endroits pourvus de la couche de nickel est facilitée par le do-30 page qui s'y trouve réalisé. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement au dessin annexé un mode d'exécution du procédé conforme à l'invention relatif à la réalisation d'un transistor au silicium à diffusion du type npn et à structure mesa. 35 La figure 1 représente une pastille de monocristal semiconducteur 1, faiblement dopée du type p ( 1 - 100 ohm.cm) et dont les deux faces sont entièrement recouvertes de phosphore. Une couche 2, constituée par de l'acide métaphosphorique avec du silicium sous-jacent fortement dopé par du phosphore et ayant 40 une épaisseur d'environ .3y, se forme sur^^ surface du corps 69 43693 4 2026657 semiconducteur I par oxydation de l'ensemble du dispositif. La f igure 2 représente le dispositif après que la face supérieure du corps semiconducteur 1 a été débarasséede la couche vitreuse d'acide métsphosphorique et du silicium sous-5 jacent 2 dopé par du phosphore à l'exception de la zone 4 destinée à former ultérieurement l'émetteur. Comme il ressort de la figure 2, cet enlèvement partiel de la couche 2 s'effectue par décapage selon la technique mesa au moyen d'un mélange d'acide fluorhydrique et d'acide nitrique et à l'aide d'un masque 3 en 10 laque photosensible. La figure 3 montre le même dispositif que celui de la figure 2, sur lequel on a déposé, en plus, par voie chimique une couche de nickel 5, contenant environ 5 % de bore, et ayant une épaisseur d'environ 0,1 y. A cet effet, le dispositif (l, 2) 15 pourvu partiellement de la couche 2 (dans la zone 4) est traité, à des températures allant de 65 à 70®C, avec une solution de sulfate de nickel ammoniacale, additionnée de borate de sodium, de borhydrate de sodium et de citrate d'hydrogène diaminé. La couche de nickel 5 déposée sur la surface du silicium est caractérisée 20 par sa très bonne caractéristique d*adhérence et par l'uniformité de son épaisseur. Après le dépôt sélectif de la couche de nickel, dopée par du bore, sur la surface du cristal semiconducteur, le dispositif complet est soumis à un processus de diffusion, à des 25 températures allant de lOOOà 1200°C, et les zones nécessaires pour assurer la fonction de transistor sont réalisées dans ledit cristal. La figure 4 montre le dispositif formant transistor, après le processus de diffusion et avant la pose des contacts. 30 La référence 1 désigne la zone dopée du type p formant la base; les références 6 et 7 désignent respectivement les zones, réalisées par diffusion, formant l'émetteur et le collecteur, et la référence 8 désigne la zone plus fortement dopée du type p+, obtenue à partir de la couche de nickel dopée par du bore et servant de 35 source pour la diffusion, ladite zone 8 facilitant la réalisation du contact non redresseur pour la zone formant la base. Après réalisation des contacts métalliques, la pastille de cristal, portant un grand nombre de dispositifs identiques, est divisée en ses diverses unités, qui sont ensuite envoyées au montage. 69 43693 5 2026657 REVBHDICAT IONS 1. Procédé pour fabriquer un composant à semiconducteurs constitué par du silicium et comportant au moins deux zones, réalisées par diffusion, de types de conductivité 5 différents caractérisé par le fait qu'on utilise, comme élément de base initial, une pastille de cristal semiconducteur en silicium d'un premier type de conductivité, qu'on dépose une substance dopante des deux côtés et sur toute la surface de la pastille de cristal pour réaliser une zone d'un second type de 20 conductivité opposé au premier, que la substance de dopage déposée sur la face supérieure de la pastille de cristal est enlevée à l'exception de zones partielles dont le dopage est à modifier par corrosion utilisée dans la technique mesa (corrosion du plateau), qu'on dépose chimiquement une couche, constituée par 25 du nickel et par la substance dopante formant le premier type de conductivité de l'élément de base initial, sur les parties mises à nu par la corrosion et qu'on réalise finalement les zones constituant le composant à semiconducteurs par un processus de diffusion de la substance dopante du second type de conductivité 20 ainsi que de la substance dopante déposée avec le nickel dans le cristal semiconducteur. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on fait pénétrer par diffusion la substance dopante dans le corps semiconducteur, avant de réaliser la 25 corrosion du plateau jusqu'à une profondeur inférieure à celle du décapage ultérieur dudit plateau. 3. Procédé suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'on oxyde la surface du corps semiconducteur ou qu'on dépose sur cette dernière un oxyde avant le 30 décapage du plateau. 4. Procédé suivant les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'on oxyde la surface du corps semiconducteur ou qu'on dépose sur cette dernière un oxyde avant le décapage du plateau. 35 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendica tions 1, 2, 3, caractérisé par le fait qu'on n'enlève pas le revêtement nécessaire pour le décapage du plateau avant de déposer le nickel. 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendica-40 tions 1, 2, 3, 4, caractérisé par le fait qu'on utilise, dans la 69 43693 6 2026657 - -ÎWfci couche de nickel* du bore ou du phosphore cornse substance dopante. 7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, caractérisé par le fait qu'on règle la teneur en bore ou en phosphore de la couche de nickel à 3 à 10 %. 5 8. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1» 2, 3, 4, 5, 6, caractérisé par le fait qu'on dépose la couche de nickel contenant la substance dopante avec une épaisseur d'environ Otlv. 9. Composant à semiconducteur caractérisé par le fait 10 qu'il est fabriqué conformément à un procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6 et 7.