Brevet FR2045851A1 — publié le 19710305

La présente invention se rapporte à la fabrication des transistors de jonction . Plus particulièrement l'invention concerne un procédé perfectionné de fabrication d'un transistor plan bipolaire passivé . 5 Les transistors bipolaires plans sont fabriqués de façon conventionnelle par un procédé qui comprend la diffusion de régions de type opposé mutuellement de conductivité dans un bloc de matériau semiconducteur, pour former des structures UPN ou PEP . Les sites des régions de diffusion sont définis par les 10 techniques connues photolithographiques « Dans la fabrication des dispositifs au silicium, les diffusions sont généralement réalisées par un procédé en deux étapes dans lequel le semiconducteur est d'abord chauffé dans une atmosphère contenant une impureté modifiant la conductivité et de l'oxygène, de façon à former 15 dans le dispositif une région peu profonde fortement dopée par diffusion puis un revêtement vitreux est formé sur la surface du dispositif . Ge revêtement protège la surface sous jacente du semiconducteur contre une évaporation ou une réaction chimique et agit aussi comme une source intermédiaire d'impureté entre la 20 source initiale d'impureté et le bloc semiconducteur . Après cette opération de dépôt, le revêtement vitreux est éliminé et le dispositif est de nouveau chauffé dans de la vapeur pour provoquer une redistribution des impuretés modifiant la conductivité depuis la région peu profonde jusqu'à une profondeur désirée et aussi pour 25 réoxyder la surface du semiconducteur . Dans les transistors au silicium le phosphore est généralement utilisé comme impureté" donneur Le dépôt de cette impureté dans une ambiance oxydante provoque la formation d'un revêtement d'un mélange amorphe de bioxyde de silicium ( Si02 ) et de 30 pentoxyde de phosphore ( ^O^ )» c'est-à-dire un verre de phospho-silicate, sur la surface du silicium . On a constaté que les transistors fabriqués de façon telle que le revêtement de verre de phosphosilicate qui est formé durant le dépôt de l'émetteur soit retenu sur le dispositif, sont moins sensibles à la température 35 élevée et aux tensions de polarisation que ceux qui ne possèdent pas un tel revêtement . Les résultats obtenus dans les dispositifs antérieurs ont 70 20126 -2- 2045851 été incertains . Le degré de passivation est apparemment en liaison avec l'épaisseur de la couclie de verre de phosphosilicate et celle-ci est difficile à contrôler car la couche de verre est affectée par un traitement de gravure utilisé juste avant le dé-5 pôt de la métallisation de contact en vue d'abaisser la résistance du contact . Ce traitement enlève tout ou partie du verre de phosphosilicate . Jusqu'à présent le verre de phosphosilicate n'a pas été inclus dans le revêtement de passivation sur les transistors des-10 tinés à fonctionner en haute fréquence . Ces transistors ont été fabriqués avec des dimensions extrêmement faibles d'émetteur . L'opération conventionnelle de redistribution de l'émetteur a été omise de la fabrication de ces dispositifs car si les très petits sites émetteurs sont réoxydés, il est alors nécessaire de réaliser 15 par photogravure des ouvertures de contact . Il n'est pas possible d'aligner le photomasque utilisé pour définir ces ouvertures de contact avec une précision suffisante pour être assuré que seul le matériau de l'émetteur est exposé . En conséquence dans. ces dispositifs, la région peu profonde formée durant la phase 20 de dépôt a été utilisée comme ^région émettrice . Des ouvertures précises de contact peuvent être réalisées en éliminant simplement le verre de phosphosilicate formé durant le dépôt de l'émetteur . En conséquence, lorsque les ouvertures de contact sont for mées, il ne reste plus de verre de phosphosilicate sur les dispo-25 sitifs . La présente invention concerne un procédé de fabrication des transistors bipolaires passivés à l'aide de verre de phosphosilicate qui sont débarrassés des inconvénients des transistors similaires antérieurement connus . La couche de passivation est 30 tin sandwich de verre phosphosilicaté entre une couche d'oxyde et une couche protectrice . La couche de verre de phosphosilicate est formée sur le dispositif après la formation de la région de base mais avant la formation d'une ouverture au dessus du site émetteur . Un revêtement protecteur est formé sur le revêtement 35 de verre de phosphosilicate puis on réalise 11 ouverture pour l'émetteur et celui-ci est formé par diffusion. Iés Fig.1 à 6 représentent une série de coupes transversales montrant les différentes étapes du présent procédé . 70 20126 2045851 La Eig.1 représente en coupe transversale la structure d'une pastille partiellement formée, avant la mise en oeuvre des nouvelles étapes selon la présente invention . La pastille, désignée d'une façon générale par la référence 10, comprend un 5 bloc 12 de substance semiconductrice telle que du silicium. , qui a été préparée par les moyens et les procédés connus et qui comporte une portion inférieure de support 14, une portion intermédiaire 16 de type ÏÏ+ et une portion supérieure 18 de type U de la résistivité convenable pour servir de collecteur au transistor. 10 En général la portion 18 de type N est une couclie épitaxiale créée sur la surface de la portion 16 de type ÏT+ . Le bloc 12 présente une surface supérieure 20 sur laquelle sont réalisées les opérations de diffusion. La configuration illustrée sur la fig.1 existe après l'opé-15 ration de dépôt d'impureté pour la formation de la base par diffusion . Avant le dépôt proprement dit, on forme sur la surface 20 du bloc 12 Tin revêtement 22 servant de masque pour la diffusion . Ce revêtement 22 qui peut être notamment du bioxyde de silicium est formé de façon connue par chauffage du bloc 12 dans 20 une atmosphère oxydante de façon à former un revêtement d'oxyde in situ, en bioxyde de silicium . Une portion de revêtement 22 est ensuite enlevée par les techniques connues de photogravure, pour exposer la portion de la surface 20 qui doit être occupée par la région de base du dispositif. 25 Lorsque l'opération de photogravure est terminée le bloc 12 est placé dans un four dans une atmosphère contenant une impureté du type accepteur ( typiquement du bore ) et de 1*oxygène pendant une durée et à une température suffisantes pour produire un revêtement de verre de borosilicate 24 sur la surface 20 et 30 par dessus la surface supérieure du revêtement 22. Cette opéra-, . aussi tion de dépôt provoque/la formation d'une région peu profonde de diffusion 26 du type P+ de conductivité dans la couche 18, sous la surface 20 du bloc 12. Tous les stades opératoires décrits jusqu'à présent sont bien connus dans la technique . Les stades 35 décrits ci-après sont nouveaux . On réalise tout d'abord une redistribution de la base mais cette opération est effectuée pendant une durée inférieure 70 20126 -4- 2045851 à celle qui serait nécessaire pour amener la région de base jusqu'à la profondeur désirée . Le revêtement en verre de borosili-cate 24 représenté sur la Pig.1 est d'abord éliminé de la pastille 10 par lavage dans un solvant convenable puis la pastille 10, débap-5 rassée du revêtement 24, est placée dans un four dans une atmosphère de vapeur à une température d'environ 1100°C telle qu'il se produit une diffusion plus profonde des impuretés " accepteur " dans la région 26 . OEa même temps, la surface exposée du dispositif 10 est oxydée pour former un nouveau revêtement d'oxyde 28 formant 10 masque (fig.2) et le revêtement d'oxyde 22 formant masque augmente d'épaisseur . 0a utilise une plus courte durée pour la redistribution car, plus tard dans les procédés, la pastille 10 sera soumise à des températures élevées pendant des durées notables et une diffusion supplémentaire aura lieu nécessairement dans la ré-15 gion 26 . En conséquence, pour compenser cette diffusion ultérieure, il est désirable à ce stade du procédé de limiter la profondeur de la région 26 à une valeur inférieure à celle de la profondeur finale désirée . Après la fin de l'opération partielle de redistribution de 20 la base, la pastille est placée dans un four dans une ambiance contenant du phosphore et de l'oxygène pendant une durée et à une température suffisante pour former un revêtement de verre de phosphosilicate 30 ( fig.3 ) sur toute la surface supérieure exposée du revêtement d'oxyde 22 formant masque et sur le revêtement d'oxy-25 de 28 de la base . Par exemple, la pastille 10 peut "être chauffée à une température comprise entre 650 et 950°0 dans une atmosphère contenant de l'oxygène et du phosphore, obtenue en faisant barboter' de l'azote dans un bain liquide d'oxychlorure de phosphore . La durée exacte du dépôt n'a pas d'importance mais elle doit être de 30 l'ordre de 5 à 30 minutes pour obtenir un revêtement 30 de verre de phosphosilicate d'une épaisseur de 200 à 2.000 A . Gomme autre exemple, le revêtement 30 peut être produit par la pyrolyse d'un mélange de silane ( SiH^ ) et de phosgène ( ) dans l'oxygène. Ce procédé est avantageux car il peut être réalisé à une tempéra-35 ture relativement basse de l'ordre de 300°G et la profondeur de la région 26 n'est alors pas sensiblement affectée . Le stade suivant du procédé, représenté sur la fig.4, 70 20126 -5- 2045851 consiste à former un revêtement protecteur 32 sur le revêtement 30 de verre de phosphosilicate . Cette opération est effectuée de préférence en chauffant la pastille 10 dans une atmosphère de silane ( SiH^ ) et d'oxygène pendant une durée et à une tempéra-5 ture suffisantes pour former un revêtement 32 de bioxyde de sili- O cium ayant une épaisseur d'environ 2000 A . Un revêtement de bioxyde de silicium réalisé de cette façon possède une densité relativement faible et il est préférable de la recuire dans une atmosphère oxydante . le stade suivant du présent procédé consiste 10 donc à chauffer la pastille 10 dans de la vapeur, par exemple pendant une durée suffisante pour augmenter la densité du revêtement 32 jusqu'à la valeur désirée . Ce stade assure aussi un complément de redistribution des impuretés dans la région 26 jusqu'à une profondeur à laquelle elles auraient dû autrement 15 être diffusées dans un procédé antérieur connu qui n'utilise pas l'opération de dépôt d'un revêtement de verre de phosphosilicate. A partir de ce moment, le procédé peut suivre la technique conventionnelle déjà utilisée dans la fabrication des transistors bipolaires pour haute fréquence ayant des émetteurs non réoxydés. 20 Ainsi, comme on le voit sur la fig.5» on peut réaliser des ouvertures telles que 34 et 36, par les techniques usuelles de photo-lithographie, à travers le revêtement protecteur 32, le revêtement de verre de phosphosilicate 30 et les revêtements d'oxyde 22 et 28 formant masque afin d'exposer le matériau dans la région 25 18 qui sera la.région du collecteur du dispositif et une portion de la surface adjacente à la région de base 26, qui sera le site émetteur. Après cela la pastille 10 est placée dans le four de dépôt de phosphore, pour une nouvelle période de temps et à une température suffisantes pour former un revêtement de verre de 30 phosphosilicate 38 sur la totalité des surfaces exposées de la pastille 10. Ce dépôt provoque aussi la formation d'une région fortement dopée 40 de type N++ qui sert à faciliter l'obtention d'un contact ohmique sur la région du collecteur 18 et une région fortement dopée 42 de type N qui constitue la région de l'émet-35 teur du dispositif. Le dispositif complet est illustré sur la fig.6. La couché 38 de verre de phosphosilicate formée durant la 70 20126 -6- 2045851 phase opératoire représentée sur la Fig.5 est éliminée de façon conventionnelle et une ouverture 44 pour le bontact de base est formée à l'endroit voulu adjacent à la région de base 26 . La métallisation assurant les contacts, représentée comme un contact 5 de collecteur 46, un contact de base 48 et un contact d'émetteur 50, est alors déposée sur la surface en contact ohmique avec les différentes régions, le tout de façon conventionnelle . Le dispositif terminé comprend une couche 30 de verre de phosphosilicate dans l'oxyde de passivation, sur la totalité de ' 10 la surface 20, excepté sur les portions occupées par la métallisation dè contact . Le revêtement de verre de phosphosilicate 30 est incorporé dans le dispositif à un stade du procédé tel qu'il reste bien protégé contre les diverses solutions de gravure qui -sont appliquées au dispositif dans le traitement subséquent. Le 15 dispositif ainsi formé est stable et peut être reproduit indéfiniment de façon sûre car il n'y a pas de risque de gravure de la couche de verre de phosphosilicate . 70 20126 -7- 2045851 - REVENDICATIONS - 1Dans un procédé perfectionné de fabrication d'un transistor passivé à l'aide d'un verre de phosphosilicate à partir d'un bloc de substance semi-conductrice d'un type de conductivité ayant une surface, ledit procédé comprenant les opérations de 5 formation d'une région de base de type de conductivité opposé à celui dudit bloc, dans la portion de celui-ci adjacente à ladite surface, par diffusion d'impuretés modifiant la conductivité, dans «ne atmosphère oxydante, grâce à quoi la surface dudit bloc est oxydée pour former un revêtement constituant un masque pour 10 la diffusion en vue. de la diffusion subséquente de l'émetteur et ensuite de formation d'une région émetteur en créant une ouverture dans ledit masque de diffusion et en introduisant des impuretés modifiant la conductivité dans une portion de la dite région de base à travers la dite ouverture, le perfectionnement caractérisé 15 par le fait qu'il comprend les opérations suivantes : après la formation de ladite région de base et du dit revêtement formant masque de diffusion, mais avant la formation de ladite ouverture, on forme un revêtement de verre de phosphosilicate sur ledit revêtement formant masque de diffusion et on forme un revêtement pro-20 tecteur sur ledit revêtement de verre de phosphosilicate . 2.- Le procédé de la revendication 1 dans lequel ladite opération de formation du revêtement protecteur est réalisée par chauffage du dit bloc dans une atmosphère contenant du silane et de l'oxygène pendant une durée et à une atmosphère suffisante pour 25 produire le dépôt d'un revêtement de bioxyde de silicium d'épaisseur et de densité prédéterminées, sur le dit revêtement de verre de phosphosilicate et ensuite par chauffage dudit bloc dans une atmosphère d'oxygène mais exempte de silane, pendant une durée et à une température suffisantes pour densifier ledit revêtement de 30 bioxyde de silicium . 3«- Le procédé de fabrication d'un transistor passivé à l'aide d'un verre de phosphosilicate, sur un bloc de substance semi-conductrice d'un type donné de conductivité présentant une surface et une région de type de conductivité opposé à celui dudit bloc 35 dans sa portion adjacente à ladite surface, conformément à la revendication 1, ce procédé étant caractérisé en outre par le fait qu'il comprend les opérations suivantes : création d'un revêtement 70 20126 -8- 2045851 formant masque de diffusion sur ladite surface au dessus de la dite région de type opposé de conductivité, chauffage dudit bloc dans une atmosphère contenant du phosphore et de l'oxygène pendant une durée et à une température suffisante pour former un 5 revêtement de verre de phosphosilicate sur la surface dudit revêtement formant masque de diffusion, formation d'un revêtement protecteur sur ledit revêtement en verre de phosphosilicate,élimination sélective dudit revêtement protecteur, du dit revêtement de verre de phosphosilicate et dudit revêtement formant masque de 10 diffusion, sur une portion de ladite surface adjacente à ladite région de type opposé de conductivité et chauffage dudit bloc dans une atmosphère contenant un- modificateur de conductivité dudit type donné, pour former par diffusion une région dudit type donné de conductivité dans ladite région de type opposé d# 15 coàductivité « 4.- Un procédé de fabrication de transistor tel que défini dans la revendication 3, dans lequel ladite région de type opposé de conductivité dans ledit bloc et ledit revêtement formant mas 5«- Un procédé de fabrication de transistor tel que défini 70 20126 -9- 2045851 dans la revendication 4-, dans lequel ladite opération de formation d'un revêtement protecteur par dessus le dit revêtement en verre de phosphosilicate est réalisé par dépôt pyrolytique d'un revêtement de bioxyde de silicium sur ledit revêtement de verre 5 de phosphosilicate et chauffage dudit bloc dans une atmosphère oxydante, afin de densifier ledit revêtement de bioxyde de silicium et simultanément d'augmenter l'épaisseur du dit revêtement formant masque de diffusion jusqu'à l'épaisseur prédéterminée et de redistribuer les dites impuretés jusqu'à la profondeur prédé-10 terminée . 6.- Un procédé de fabrication d'un transistor passivé à l'aide d'un verre de phosphosilicate dans un bloc de silicium de type N de conductivité présentant une surface, conformément à la revendication 1, ce procédé étant en outre caractérisé par le fait 15 qu'il comprend les opérations suivantes : création d'une région de base de type P de conductivité dans la partie du dit bloc adjacente à ladite surface, création d'un revêtement d'oxyde formant masque sur la dite surface par dessus la dite région de base, création d'un revêtement de/verre de phosphosilicate sur la 20 surface dudit revêtement d'oxyde formant masque, formation d'un revêtement de bioxyde de silicium sur ledit revêtement de verre de phosphosilicate, réalisation d'une ouverture à travers le dit revêtement de bioxyde de silicium, ledit revêtement de verre de phosphosilicate et le dit revêtement d'oxyde formant masque ad-25 jacent à une portion de ladite surface dans la dite région de base et diffusion d'une impureté " donneur " dans la dite région de base à travers la dite ouverture pour former une région "émetteur " de type M" . 7«- Un procédé de fabrication d'un transistor conformément 30 à la revendication 6, dans lequel la dite opération de formation d'une région de base de type P et la dite opération de formation d'un revêtement d'oxyde formant masque sur la dite région de base, sont effectuées par chauffage du dit bloc dans une atmosphère contenant des impuretés " accepteur " pour former par dif-35 fusion une région peu profonde de type P dans le dit bloc au voisinage de la dite surface et par un nouveau chauffage du dit bloc dans ûne atmosphère oxydante pour provoquer une .nouvelle diffu- 70 20126 -10- 2045851 sion plus profonde des accepteurs vers l'intérieur du dit bloc et pour simultanément former le dit revêtement d'oxyde formant masque sur la dite surface, ce nouveau chauffage étant effectué pendant une durée et à une température insuffisantes pour obtenir 5 le dit revêtement d'oxyde formant masque, de l'épaisseur prédéter-mminée et pour redistribuer les dites impuretés " accepteur " jusqu'à la profondeur prédéterminée . 8.- Un procédé de fabrication de transistor tel que défini dans la revendication 7, dans lequel la dite opération de forma-10 tion d'un revêtement de bioxyde de silicium est effectuée en chauffant le dit bloc dans une atmosphère renfermant du silane et de l'oxygène pendant line durée et à une températures suffisantes pour former le dit revêtement de bioxyde de silicium avec une densité prédéterminée et en chauffant ensuite le dit bloc 15 dans une atmosphère oxydante pour augmenter la densité du dit revêtement de bioxyde de silicium et simultanément pour augmenter l'épaisseur du dit revêtement d'oxyde formant masque juâqu'à la dite épaisseur prédéterminée et pour redistribuer les dites impuretés de type " accepteur " jusqu'à la dite profondeur prédéter-20 minée .