Brevet FR2051687A1 — publié le 19710409

-1- 2051687 La présente invention est relative à un procédé de'fabrication d'un' dispositif semiconducteur en silicium comportant une couche de passivation en oxyde. Les dispositifs semiconducteurs tels que des transistors 5 au silicium comportant des couches de passivation en oxyde de silicium sur leur surface contenant les jonctions comportent ordinairement des ensembles de contact pour les électrodes en aluminium évaporé. L'aiuminiûm est déposé ordinairement sur la surface entière du dispositif et est ensuite éliminé au moyen de techni- 10 ques de masquage et de décapage photographique sauf dans les surfaces à découvert des électrodes d'émetteur et de base et dans les parcours reliant ces surfaces drélectrodes à des plots de liaison situés sur les bords de la pastille semiconductrice. On préfère l'aluminium pour ce type d'ensemble d'électrode évaporée 15 pour un certain nombre de raisons. XI s'évapore facilement, il se lie bien au silicium et à l'oxyde de silicium, il présente une faible résistance électrique et il n'exerce ordinairement pas d'effet défavorable sur les caractéristiques électriques des dispositifs à faible puissance. . 20 Toutefois, l'aluminium présente certains inconvénients en tant que métal de contact pour les électrodes de transistor. XI ne se soude pas bien et les conducteurs lui sont liés ordinairement par thermocompression. La liaison par thermocompression est fastidieuse- et nécessite des opérateurs expérimentés et est donc 25 coûteuse. De plus, dans les transistors de grande puissance, il faut engendrer une chaleur considérable à la périphérie de l'électrode d'émetteur. Cette chaleur peut être suffisante pour provoquer l'alliage de l'aluminium avec le silicium et donner naissance à des "pointes" d'aluminium qui peuvent pénétrer dans le 30 dispositif et court-circuiter la jonction émetteur-base. Dans certains types de transistors de puissance, les contacts d'émetteur et de base sont réalisés au moyen d'un ensemble de métallisation à soudure au nickel et au plomb et par des conducteurs métalliques rigides formant pont. Cet ensemble comprend 35 une pellicule mince de nickel déposée sur la surface de l'électrode du corps en silicium et une couche épaisse de soudure au plomb et à l'étain recouvrant le nickel. La soudure peut être appliquée au moyen d'une opération au trempé peu coûteuse et des conducteurs en forme de fil ou de ruban peuvent être incorporés dans la SAD ORIGINAL 70 25428 2051687 soudure au moyen d'une opération effectuée en série et également économique. De plus, le nickel ne forme pas un alliage eutectique, avec le silicium aux températures inférieures à 835°C et est donc plus intéressant que l'aluminium qui forme un alliage eutectique . 5 à 550*C pour les dispositifs de puissance. ... Il est intéressant d'appliquer l'ensemble de soudure au nickel et au plomb à des contacts du type s'étendant sur la surface de la couche de passivation en oxyde de silicium et l'invention fournit un procédé permettant d»y parvenir®; 10 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ap paraîtront au cours de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels la fig.l représente une vue en plan par dessus, en partie en arraché, d'un dispositif semiconducteur montrant un des pre-15 miers stades du procédé de fabrication d'un dispositif selon l'invention; la fig.2 représente une vue en coupe prise suivant 2-2 de la fig.l;- ~ . la fig.3 représente une vue en plan, en partie en arraché, 20 similaire à la fig.l, et représentant un. stade intermédiaire du procédé de fabrication d'un dispositif selon l'invention; la fig.4 représente une vue en coupe prise suivant 4-r4 de la fig,3; - • .la fig.5 représente une vue en plan, en partie, en. arraché, 25 similaire aux figs.l et 3, et représentant un autre stade inter-"'médiaire du procédé de fabrication d'un dispositif selon l'invention; la fig.6 représente une vue en coupe prise suivant 6-6 de la fig.5; 30 la fig.7 représente une vue en plan du dispositif représen té aux- figures précédentes à un stade ultérieur du procédé de fabrication; la fig.7a représente une vue en perspective du dispositif de la fig.7; * 35 la fig.8 représente une vue en coupe prise suivant 8-8 de la fig.7; . la fig.9 représente une autre vue en plan du dispositif représenté aux figures précédentes et pris à un stade ultérieur du procédé de fabrication; 70 25428 -3- 2051687 la fig.10 représente une vue en coupe selon 10-10 de . la fig.9; les figs.ll et 12 représentent des-vues en coupe des stades terminaux de fabrication du dispositif représenté aux fi-5 gures précédentes. On décrit Maintenant un procédé selon l'invention en se référant aux dessins. Le procédé est décrit en liaison avec la fabrication d'un transistor à jonctions diffusées de type courant» Comme représenté aux figs.l et 2, le transistor peut com-10 prendre un corps semiconducteur en silicium 2 dont une partie constitue une région d'émetteur de type N, 4, ayant une surface 6 qui coïncide avec une partie d'une surface principale du corps 2. Le dispositif comporte également une région de base de type P 8 qui entoure la région d'émetteur 4» Une jonction PN 10, comprise 15 entre la région d'émetteur 4 et la région de base 8, s'étend jusqu'à la surface supérieure du corps en silicium 2. Le dispositif comporte également une région de collecteur de type N, 12, séparée de la région de base par une jonction PN 14 qui s'étend également jusqu'à la surface supérieure du corps 2. 20 Un premier stade du procédé de fabrication du dispositif consiste, après formation des régions de base et d'émetteur décrites ci-dessus par diffusion, à appliquer une couche de passivation 16 relativement épaisse en oxyde•de silicium sur la surface supérieure du corps 2. Ceci peut être réalisé par un procé-25 dé classique de croissance par oxydation à la vapeur d'eau à 1250°C environ pendant 90 minutes. Ceci produit une couche d'oxyde ayant une épaisseur d'environ 10.000 à 20.000 A. On peut former ensuite un trou d'émetteur 18 et un trou de base 20 dans la couche d'oxyde de silicium 16 au moyen de 30 techniques classiques de décapage et de masquage photographique (figs.3 et 4). Le décapage de l'oxyde peut être exécuté à l'aide d'une solution comprenant 163 cm d'acide fluorhydrique concentré 3 à 49%, 454 g de fluorure d'ammonium et 680 cm d'eau. Cette solu-tion est capable de décaper à une vitesse d'environ lOOO A par 35 minute. Le trou d'émetteur 18 met à découvert la surface 6 de la région d'émetteur 4 et le trou de base 20 met à découvert une partie de la surface 22 de la région de base 8. Lorsque le décapage a été effectué, on enlève la couche de matière de réserve photographique qui est située au-dessuso 70 25428 -4- 2051687 Lorsque la matière de réserve photographique a été enlevée, on dépose une couche de silicium 24 sur la surface supérieure entière du corps de silicium à la fois sur la couché d'oxyde de silicium et dans les trous d'émetteur et de base 18 et 20. Une 5 partie de cette couche de silicium se dépose par conséquent sur la surface à découvert d'émetteur 6 et sur la surface de base à découvert 22. La couche de silicium 24 peut être épitaxiale ou poly-cristalline. Si on ne désire employer la couche de silicium que 10 comme partie d'un ensemble de contact ohmique, elle peut être épitaxiale. La couche épitaxiale peut être engendrée par croissance en réduisant du SiCl^ avec de l'hydrogène à une température d'environ 1100*C à 1250*C. L'épaisseur de la couche de siliciu» • • 24 peut être de 1000 à 20.000 A, une épaisseur de 10.000 A étant 15 préférée. On préfère une couche de silicium polycristallin si la partie de cette couche qui se trouve dans le trou d'émetteur 18 doit être utilisée comme résistance ballast et d'émetteur. Une couche de silicium polycristallin peut être déposée en décomposant du SiH^ à une température d'environ 800*C ou plus. 20 Le stade suivant consiste à faire croître une couche très mince d'oxyde de silicium 26 sur la couche de silicium 24. Ceci peut être réalisé par oxydation à la vapeur d'eau à 1000*C pendant 3 à 5 minutes» Dans ces conditions, on forme une couche d'environ 500 A d'épaisseur« 25 Au moyen d'une technique classique de décapage et de mas quage photographique, on enlève la couche mince supérieure d'oxyde de silicium 26 sauf à l'endroit du réseau désiré de conducteurs. Comme représenté aux figs.5 et 6, ce réseau de conducteurs peut être constitué par une bande de conducteurs de base 26a en 30 oxyde et une bande de conducteurs d'émetteur 26b. La bande d'oxyde du conducteur d'émetteur 26b peut comporter une partie d'extrémité élargie 28 recouvrant la zone située au-dessus du trou d'émetteur. Ensuite, on enlève la couche de silicium 24 en attaquant 35 avec une solution d'hydroxyde de sodium à 10 % à 80* à 100*C, sauf aux endroits masqués par les rubans en oxyde de silicium 26a, 26b. Cette opération laisse une bande de conducteur dè base 24a et une bande de conducteur d'émetteur 24b-en silicium sous les bandes correspondantes en oxyde de silicium 26a et 26b.(Figs.7, BAD ORIGINAL 70 2542.8 2051687 7a et 8)« La bande de conducteur d'émetteur- 24b comporte une partie d'extrémité élargie 3.0 qui. recouvre..le- trou d'émetteur -18. Les bandes de protection restantes .en oxyde de silicium 26a et 26b et la partie, d ' extrémité 28 de l'a bande de conducteur 5 d'émetteur 26b sont enlevées ensuite, en attaquant pendant dix secondes 3Arec la .même composition couche d| oxyde de «silicium 16®. 11 laisse également à découvert 10 les bandes de conducteur en silicium 24a et 24b. On dépose ensuite, cpmme représenté à la fi.g.11, une pellicule mince de nickel 32 sur la bande - de,base en silicium 24a. Cette bande s'étend jusqu'au trou de base 20 et .sur la surface de 1,' électrode de base 22. Une autre pellicule de nickel 34 15 est déposée sur la.bande du conducteur d'émetteur en silicium 24bo On dépose le nickel en plongeant 1'ensemble entier dans une solution classique de dépôt de.nickel sans électrode sur une surface convenable. Une telle solution peut comprendre NiCl^.ôH^Q, du citrate de sodium, du chlorure d'ammonium et de 1 'hypophc>sphite 20 de sodium. Le nickel ne se dépose que sur le silicium et non sur la couche d'oxyde de silicium 16. . Les pellicules de nickel 32 et 34 pont frittées à-600 à 900°C pendant 10 à 20 minutes pour augmenter l'adhérence du-nickel au silicium. _ 25 Enfin, des.couches de soudure 36 et 38 sont déposées sur les pellicules de nickel 32 et 34 en plongeant.1'ensemble dans un bain de soudure à l'état fondu. La surface à souder peut être • d'abord soumise à du fondant. La soudure peut être constituée par exemple par 1 à 5 % d'étain et 99 à 95 % de plomb. Le bain de 30 soudure peut être à une température d'environ 350°Ç. Après application de la soudure, on peut soumettre l'ensemble. à une opération de décapage et de nettoyage avec de 1'hydroxyd® de sodium chaud pendant une à deux minutes. Le procédé décrit ci-dessus periaet d'employer un ensemble 35 en nickel et soudure pour as.surer le contactées conducteurs sur des surfaces passivées à l'oxyde de silicium. Le dépôt du silicium constitue une base pour le nickel et le nickel constitue une base pour la soudure0 2051687 - ... . - ■>, , 1* Dispositif ..électrique. coTîgçiî.taat une ,co;t§cl3,e vde pass'ivar-tion ea c^y 2) Dispositif électrique saloa. la revendication..l» caracté-10 risé s n ce qu'un trou ssfc pratique -dan©, .la couche d ? oxyde. de sili> ciua et met à découvert, uae partie d© ladite surface» 3) Procédé d 'applica tion de connecteurs électriques à une surface d'un© couche dsoxyde ds silicium selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à-déposer une couche épitaxiale 15 ou une couche polycristalline de silicium selon un réseau désiré sur"la surfsess à déposer ans pellicule mince de nickel sur la couche de silicium et. à déposer une couche de soudure sur la pellicule d® nickelé 4) Procédé d'application de connexions électriques à une 20 partie de surface d'un corps semiconducteur en silicium, caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer à la surface une couche de passivacion en oxyde de silicium sauf aux endroits où l'on désire un contact électrique, à déposer une couche épitaxiale ou une couche polycristalline de silicium selon une configuration dési- 25 rée sur la surface, ladite configuration comprenant un conducteur allant à ladite partie de surface lorsqu'on désire une connexion, à traiter la surface entière de la couche d'oxyde de silicium et la pellicule de nickel avec de la soudure à l'état fondu, de sorte que la soudure adhère à la pellicule de nickel mais n'adhère pas 3C à la couche d ' oxyde de silicium,, 5) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la couche de silicium est polycristalline et le conducteur comporte une partie en contact avec le corps de silicium» 6) Procédé d'application d'un contact ohmique à un corps 35 semiconducteur en silicium, caractérisé en ce qu'il consiste à déposer une première couche d'oxyde de silicium sur une surface du corps, à enlever une partie de la couche d'oxyde de silicium pour mettre à découvert une partie de la surface à l'endroit où l'on désire un contact ohmique, à déposer une couche de silicium 40 sur la partie restante de la première couche d'oxyde de silicium 70 70 25428 -7- 2051687 et sur la partie de surface à découvert, à déposer une seconde couche d'oxyde de silicium sur la couche de silicium, à éliminer une partie de la seconde couche d'oxyde de silicium et à mettre à découvert ainsi une partie de la couche de silicium, à élimi-5 ner par décapage la partie à découvert de la couche de silicium ainsi qu'une partie du corps en silicium, à éliminer la partie restante de la couche d'oxyde de silicium, à déposer du nickel sans électrode sur la partie restante de la couche de silicium et la partie à découvert du corps de silicium, et à déposer de 10 la soudure sur le nickel déposée