Brevet FR2051613A1 — publié le 19710409

L'invention concerne un procédé pour fabriquer un transistor planar au germanium consistant à fabriquer la base et 11 émetteur par diffusion de substances dopantes dans m cristal de germanium, ayant un type de conductivité déterminé et recou-5 vert d'une couche protectrice formant masque excepté à l'emplacement où s'effectue le dopage. Comme on le sait, la technique planar développée en soi pour la fabrication de transistors sur une base en silicium peut également être utilisée pour la fabrication de transistors 10 planar au germanium, lorsqu'on recouvre la surface du germanium par des couches de masquage appropriées, par exemple en SiC^ , avant le processus nécessaire de diffusion. La couche de masquage doit être déposée sous l'action de la chaleur à partir d'un gaz réactionnel ou par vaporisation sur la surface éventuellement 15 chauffée du cristal de germanium. Lors de la diffusion de certaines substances dopantes dans le cristal de germanium, une couche de masquage obtenue de cette façon a aux endroits recouverts un effet de masque semblable à celui réalisé dans le cas d'un cristal de silicium par une couche de SiC^ obtenue par 20 oxydation thermique. Jusqu'à maintenant la fabrication de transistors par double diffusion sur une base de germanium a échoué car pour la diffusion d'accepteurs, par exemple de gallium ou d'indium, on ne connaissait aucune couche de masquage, appropriée, ou bien 25 le coefficient de diffusion des accepteurs Al, B, pouvant être masqué par du SiÛ2 , ne permettait pas un travail rentable en raison des durées trop longues de diffusion. Conformément à la présente invention^ on peut utiliser pour fabriquer un transistor planar au germanium avec un émet-30 teur réalisé par diffusion le fait qu'une couché de Si02 donatrice constitue un masque à l1égard du gallium, tandis que les donneurs de ladite couche de sont utilisés pour la diffusion de la base. En dehors de 1'emplacement de diffusion la surface de germanium doit être munie d'une autre couche de SiÛ2 pur, mas-35 quant ces donneurs. Conformément à cela l'invention consiste dans le cas du procédé indiqué ci-dessus pour fabriquer un transistor planar au germanium, à diffuser dans le monocristal de germanium des donneurs à partir d'une couche de SiÛ2 donatrice dans la sur-40 face adjacente de germanium, à masquer la surface de germanium, 7.0 24381 2 2051613 en dehors de la zone où doivent diffuser des donneurs, avec une couche intermédiaire de SiC^ pur, et à utiliser comme masque le couche de SiC^ donatrice pour la diffusion des accepteurs. Le procédé conforme à l'invention est particulièrement 5 approprié pour la fabrication de transistors planar pnp au ger manium à émetteur diffusé. Pour cela on part d'une pastille de germanium monocristalline et conductrice du type p, dont on revêt tout d'abord la surface avec une couche constituée par du SiC>2 pur et déposée sous l'action de la chaleur. On enlève par 10 décapage chimique dans cette couche de SiÛ2 la fenêtre de diffusion servant à la fabrication de la zone formant la base. Puis on recouvre entièrement ce dispositif (y compris l'intérieur d A cet effet, dans la zone de la fenêtre de diffusion 25 réalisée en premier lieu, on réalise par décapage chimique, daas la couche de Si02 donatrice, une fenêtre de diffusion dont la forme géométrique correspond à celle de l'émetteur et par laquelle les accepteurs, par exemple, des atomes de gallium, diffusent dans la zone formant la base en engendrant une zone formant l'émetteur 30 insérée,dans la zone formant la. base. Afin d'obtenir une résistance suffisante du masquage contre les atomes accepteurs, la - couche' de SiQ2 contenant les donneurs doit présenter au minimum . ■ unerfion.e^^atiqn_en idopn.eur^; ^qirresppnd^ç^..; à. proportion en moles égale à 1/7 entre le phosphore et ^e.^i^iciunj.. ..La limite 35supéctçurê. est-^fournie par l^a %S9^btlité,j:n^Kimale des donneurs dans le correspondant,,à un,e proportion.en moles égale à 1/2 : entre le phosphore et le silicium. _ -, L'épaisseur de la couche de masquage,.constituée par du SiO^ pur, correspond aux conditions connues dans le cas des 40 transistors planar au germanium pour le masquage contre la dif- BAD ORIGINAL 70 24381 3 2051613 fusion des donneurs. Elle est réglée de préférence à 0,2 v. L'épaisseur de la couche de SiÛ2 donatrice peut être réglée pour un masquage suffisant au moins à 0,1 u et même de préférence à 0,3 M. 5 A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement au dessin annexé un mode d'exécution du procédé selon l'invention. Les figures 1 et 2 sont relatives à la fabrication d'un transistor planar pnp au germanium suivant le procédé con-10 forme à l'invention. La substance de base servant à la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention est constituée par des pastilles monocristallines de germanium, dont les surfaces planes, soumises au processus de traitement décrit, sont de préférence orientées 15 parallèlement à un plan du cristal ayant des indices de Miller faibles (valeurs des indices : 0, 11, *2). Un léger décalage de 0,5 à 2° de l'orientation par rapport à celle d'un tel plan peut être approprié, mais il doit se produire d'une façon définie. Sur la surface de la pastille 1 de germanium mono-20 cristallin conducteur, du type p, on dépose une couche 2 de SiÛ2 pur, sur une épaisseur d'environ 0,1 à 0,3 v, par exemple par décomposition thermique d'un composé silico-organique (par exemple un ester volatil d'acide silicique). On réalise d'une façon définie par décapage chimique une fenêtre de diffusion 25 dans cette couche d'une façon connue (en utilisant la technique de la laque photosensible). Le corps en germanium est par exemple 15 3 dopé par 10 atomes d'indium par cm tandis que la couche 2 de Si02 doit être pratiquement dépourvue de substance dopante. Puis on recouvre le dispositif dans son ensemble par 30 line couche de Si02 donatrice et possédant par exemple une épaisseur de 0,3 u. A cet effet on utilise par exemple le procédé déjà indiqué consistant à ajouter des atomes de phosphore, par exemple sous la forme d'esters volatils d'acide phosphorique, dans les. proportions déjà indiquées. Cette couche est désignée 35 par la référence 4. L'étape suivante de la fabrication du transistor est la diffusion des donneurs dans la surface du cristal de germanium 1 à l'emplacement de la fenêtre 3. À cet effet, on chauffe le dispositif pendant environ 25 minutes à 675 °C par exemple 40 dans une atmosphère neutre ou légèrement réductrice. La substance 70 24381 2051613 donatrice, du phosphore dans le cas de l'exemple, pénètre en formant une jonction pn 5, qui atteint dans le cas de l'exemple une profondeur d'environ 0,1 v. Il est évident que la profondeur finale de cette jonction pn 5 par rapport au matériau de départ 5 inchangé est encore influencée par la diffusion ultérieure de l'émetteur de sorte qu'il faut en tenir compte lors de la mesure de la profondeur de pénétration complète. Mais par ailleurs, une influence directe exercée sur l'allure de la diffusion des atomes donneurs, dopant la zone 10 formant la base, par la diffusion de l'émetteur, peut également être souhaitable comme cela sera exposé plus loin. L'état obtenu jusqu'à maintenant est représenté en figure 1. Une zone 6 préliminaire conductrice du type n, formant la base, a été formée avec une jonction pn 5 avec le matériau de 15 base 7 de la pastille de semi-conducteurs. On réalise alors dans ce dispositif la fenêtre nécessaire pour la diffusion de l'émetteur. Pour cela on réalise par décapage chimique, d'une façon connue usuelle dans la technique planar, une fenêtre 8 atteignant la surface de la zone préliminaire 6 formant la base. 20 On fait ensuite diffuser du gallium par cette fenêtre. Pour cela le dispositif est plongé dans une poudre, qui est fabriquée à partir d'un alliage de germanium et de gallium contenant 1 à 3% en volume de gallium. Le gallium diffuse alors dans le dispositif à une température de 800°C pendant environ 130 minutes dans une 25 atmosphère de gaz réducteur, ce qui provoque la formation de la jonction pn émetteur-base. La profondeur de pénétration de cette jonction pn a pour valeur environ 0,7 p et la profondeur de pénétration de la jonction pn 5 après la diffusion de l'émetteur a pour valeur approximative 1,7 p à l'endroit où la pénétration 30 est la plus profonde. Il faut remarquer que la partie centrale de la jonction pn 5 collecteùr-base est restée en retrait par rapport aux parties marginales. Mais cette partie centrale définit la zone effective formant la base. La section inférieure de la zone formant la base prend donc obligatoirement la forme 35 dlun H, ce qui est très important pour le comportement du transistor dans le domaine des hautes fréquences. Ce dispositif est ensuite équipé, suivant la technique usuelle, de contacts déposés par vaporisation pour l'émetteur et la base. Pour cela on peut par exemple utiliser un masque de 40 laque photosensible contre le dépôt par vaporisation, laissant 70 24381 5 2051613 libres les emplacements désirés de la surface du semi-conducteur. Pour constituer les organes de contact métalliques, on dépose par vaporisation une couche de chrome ayant une épaisseur d'environ quelques centaines d'Angstrttms, puis on dépose par vapo-5 risation sur cette dernière une couche d'argent ayant une épaisseur d'environ 2000 S. Aux emplacements, qui sont recouverts par la laque photosensible, le métal déposé par vaporisation est enlevé en même temps que la laque photosensible (technique de l'enlèvement). 10 Dans le cas, où l'on souhaite avoir un contact de l'émetteur et de la base ayant une résistance extrêmement faible, on dépose avant la fabrication des contacts obtenus avec le dépôt par vaporisation, des métaux de contact particuliers par exemple or/gallium pour l'émetteur, or/antimoine et/ou argent/ 15 antimoine pour la base (en utilisant également la technique de 1 ' enlèvement ). Après incision et rupture de la pastille de germanium, dans laquelle est fabriqué de préférence, comme cela est usuel, tin grand nombre de transistors de ce genre, les dispositifs 20 obtenus sont montés d'une façon connue dans des capots métalliques ou dans des rubans conducteurs comportant un enrobage plastique. 70 24381 6 2051613 REVENDICAT IONS 1. Procédé pour fabriquer un transistor planar au ger« manium, consistant à réaliser la base et l'émetteur par diffus! de substances dopantes dans un monocristal de germanium ayant un type de conductivité déterminé et recouvert par une couche 5 protectrice de masquage excepté à l'emplacement où doit être réalisé le dopage, caractérisé par le fait qu'on fait diffuser dans le monocristal de germanium des donneurs à partir d'une couche de SiÛ2 donatrice dans la surface adjacente de germaniu qu'on masque la surface de germanium avec une couche intermédi 10 de SiÛ2 pur en dehors de la zone où les donneurs doivent diff 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé uai le fait qu'on recouvre la surface d'une pastille de germanium 15 monocristalline et notamment conductrice du type p, avec une couche de SiÛ2 déposée sous l'action de la chaleur, qu'on réalise une fenêtre de diffusion aboutissant jusqu'à la surf rn; de germanium dans cette couche de SiOg , qu'on recouvre aussi bien la surface de germanium restée à découvert à l'intérieur . 20 la fenêtre, que la couche de SiOg recouvrant la surface restante du semi-conducteur avec une couche de SiÛ2 donatrice, qu'on fait diffuser des donneurs à partir de cette couche de SK^ donatrice dans la surface de germanium voisine pour engendrer une zone d'insertion formant 1$ base, qu'on réalise par décape;3s 25 chimique dans la couche de SiOg donatrice une seconde fenêtre de diffusion, plus petite que la fenêtre réalisée précédemment par décapage chimique, atteignant la couche de germanium et. n'étant en aucun endroit adjacente à la couche de masquage constituée par du SiOg pur, et qu'on fait diffuser par cette 30 seconde fenêtre de diffusion une substance acceptrice, notamment du gallium, dans la surface de germanium pour engendrer une ses,® formant l'émetteur, insérée dans la zone formant la base. 3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'avant la réalisation de la fenêtre de diffusion5 35 servant à la diffusion de la zone formant l'émetteur, dans la couche de SiÛ2 donatrice, on fait diffuser une substance donatrice à partir de cette couche dans le semi-conducteur. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications BAD ORIGINAL 70 24381 7 2051613 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait qu'on utilise du phosphore comme substance donatrice et qu'on ajoute la couche de SiC^ donatrice dans une proportion en moles entre le phosphore et le silicium comprise entre 1/7 et 1/2 (6 - 16% en volume), et de 5 préférence dans une proportion en moles égale à 1/4 entre le phosphore et le silicum (10% en volume). 5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé par le fait qu'on effectue une diffusion préalable d'atomes de gallium à une température de 675°G et une diffusion ultérieure 10 d'atomes de gallium à 800CC. 6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé par le fait qu'on règle l'épaisseur de la couche de SiÛ2 pur et adjacente au semi-conducteur à 0,2 y et qu'on règle l'épaisseur de la couche de SiÛ2 donatrice à 0,3 u. 15 7. Procédé suivant la revendication 5 ou 6, caractérisé par le fait qu'on règle la profondeur de la zone formant la base pendant le processus de la diffusion préalable à 0,1 u, tandis que la zone définitive formant la base et la zone de l'émetteur atteignent respectivement des profondeurs de 1,7 u et de 0,7 y. 20 8. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caractérisé par le fait qu'on réalise le contact de la zone formant l'émetteur avec une électrode en or/gallium et/ou en argent/gallium, et qu'on réalise le contact de la zone formant la base avec une électrode en or/antimoine 25 et/ou en argent/antimoine. 9. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caractérisé par le fait que la surface de germanium, servant à la fabrication de la base et de l'émetteur, fait au maximum vin angle de 2° avec un plan possédant des 30 indices de Miller faibles. 10. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9, caractérisé par le fait que la couche donatrice présente une consistance vitreuse.