Brevet FR2015514A1 — publié le 19700430

La présente invention concerne un procédé perfectionné de fabrication de dispositifs à jonctions alliées L l'aluminium, en particulier les diodes zener. Les procédés connus de fabrication de dispositifs semiconducteurs de jonctions alliées à 11 aluminium utilisent du bioxyde de silicium pour passiver la surface de la plaquette. Aprèâ que le masque de bioxyde de silicium ait été appliqué sur la plaquette, des fenêtres sont habituellement gravées dans la couche d'oxyde pour exposer certaines portions de la surfacë de la plaquette de silicium. Les plaquettes sont ensuite nettoyées et placées dans un appareil à évagoration sous vide, telle qu'une cuve en cloche, sous un filament de tungstène. L1 aluminium est ensuite enroulé autour du filr.nen.-fc de' tungstène. La cuve en cloche est mise sous vide et 11aluniniun est d'abord fondu, puis évaporé par le filament chauffé. Le fila mince d'aluminium est ensuite-déposé sur la surface de la plaquette, Dans le but de produotion do niasse? il est plus approprié d'allier directement l'aluminium à travers la fenêtre dans la plaquette en une formant un contact chimique avec le silicium et /jonction P1T, Toutefois, l'aluminium a tendance à pénétrer dans la surf .ce d'oxyde si l'alliage s'effectue avec un produit températurexdurée trop grand, qui provoque un court—circuit de la jonction PU qui vient juste d'être formée. Ceci se produit parce que l'aluminium est un bon agent réducteur pour le bioxyde de silicium et tend à réagir avec le bioxyde de silicium jusqu'à ce qu'un canal soit formé pour connecter le silicium sou3—jacent avec la couche d'aluminium. En conséquence, pour éviter cet effet nuisible, il est nécessaire d'enlever l'aluminium de la surface de bioxyde de silicium avant de commencer à allier l'aluminium avec le silicium,, Toutefois, même après que l'aluminium ait été enlevé de la surface d1oxyde, l'aluminium qui reste d-.ns la fenêtre est en contact avec la couche d'oxyde et la même interaction non souhaitable entre l'aluminium et la couche de bioxyde do silicium se produit encore. Ce prooédé est ainsi à la fois coûteux et évidemment non satisfaisant. Le procédé suivant décrit dans le brevet français n" 1 533289 déposé le 25 janvier 1969 par la demanderesse a été utilisé quand on fabrique des diodes sener économiques à faible tension,pour remédier à certains des inconvénients évidents du procédé ci-dessus. Dans lo brevet français n° 1 553 289 un poiïlt ' " d'aluminium est évaporé sur le substrat en silicium à travers une fenêtre formée dans 1?. couche de bioxyde de silicium, de manière à s'assurer que l'aluminium ne touche jamais la couche de bioxyde de silicium. Le point ont ensuite allié à travers une fonction PI superficielle formée précédemment selon le gradient do température d'une température croissante dans la direction du centre do la plaquette. Les inconvénients de ce procédé proviennent de la difficulté de placer les points dans les fenêtres qçand la dimension du dispositif formé est limitée par la dimension minimale du point d'aluminium qui peut être déposé SAD ORIGINAL 69 27326 2015514 2 sans toucher la couche d'oxyde tout en utilisant les techniques de fabrication classiques. Ce procédé., en conséquence, apparaît encore couteux et est réduit à la fabrication des diodes zener relativement grandes. La présente invention à pour objet de proposer un procédé perfectionné de fa-5 brication de dispositifs semiconducteurs. La présente invention a encore pour objet de proposer un procédé de fabrication moins onéreux pour des petites diodes zener à faible tension, en particulier du type planaire. Selon l'invention, le procédé de fabrication de dispositifs semiconducteurs lOprésentant des jonctions PN alliées à l'aluminium, est caractérisé en ce qu'il comporte les opérations suivantes : - dépôt d'une couche de nitrure de silicium sur la surface d'un substrat - gravure d'une fenêtre dans la couche afin d'exposer une portion de la surface du substrat ; 15 - dépôt d'une ecuehe d'aluminium sur la couche de nitrure de silicium et la surface exposée ; » alliage de 1'aluminium dans le substrat à travers la fenêtre pour y former une jonction PN. Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé de fabrication de 20 diodes zener présentant des jonctions PN alliées à l'aluminium sur un substrat de type de conductivite N, est caractérisé en ce qu'il comporte les opérations suivantes : - formation d'une région de type de conûuctivité P dans une portion de surface du substrat ; ~ dépôt d'une couche de nitnure de silicium sur le substrat j 25- gravure d'une fenêtre dans la couche afin d'exposer une portion de la zone de surface dans la zone marginale de la région ; - dépôt d'une couche d'aluminium sur la couche de nitrure de silicium et la zone de surface exposée ; - alliage de l'aluminium à travers la fenêtre et la région selon le gradient de tem-JBpérature d'une température croissante vers le centre du substrat. D'autres caractéristiques de J'invention ressortiront de la description détaillés ci-dessous. Bien entendu la description et le dessin ne sont donnés qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. La figure 1 représente en coupe un dispositif utilisé afin d'appliquer les 55techniques antérieures. Les figures 2a à 2d illustrent les opérations de fabrication d'un simple dispositif selon une caractéristique de l'invention. La figure 3 représente la pluralité de fenêtres gravées sur le substrat au cours de la fabrication du dispositif représenté sur la figure 2d, les figures 2a à 2d . 4-Oétatvfc une coupe de la figure 3 prise selon la ligne M'. 69 27326 2015514 3 La figure 4 représente une pluralité de dispositifs fabriqués selon les figures 2a,2b;2c et 2d qui sont séparés en éléments individuels en divisant le substrat le long des lignes :ur.! et yy'. La figure 5 représente les dispositifs fabriqués selon les figures 2a* 2b, 2c 5 et 2d formant vin circuit intégré» La figure 6 représenta un dispositif fabriqué selon un exemple de réalisation de l'invention. En se référant à la figure 1 un dispositif à jonctions alliées à l'aluminium y est représenté et a été fabriqué par un procédé connu» Un substrat en silicium 1 10 présente une couche de bioxyde de silicium 2 qui est formée sur sa surface. Une fenêtre est gravée dans la couche d'oxyde en utilisant des décapants connus» Un point d'aluminium est déposé dans la fenêtre et est allié dans le substrat formant une région 3 d'un matériau de type de conductivité P.. une jonction PN 4 et un contact obmique 5« Du soin doit être apporté à la fabrication afLn de s'assurer que 15 le point d'aluminium ne vient pas en contact avec la couche d'oxyde, autrement, au cours de l'opération d'alliage suivante, 1'aluminium attaque et désintègre 1'oxyde Les tolérances requises entre 1 aluminium et les fenêtres d'oxyde dans les procédés de fabrication pratiques, engendrent la formation des diodes zener à zone relativement grande. 20 Un exemple de réalisation de la présente invention est représenté sur les figures 2a, 2b, 2c et 2d décrivant, les opérations de fabrication d'un dispositif semiconducteur dans lequel est formé une jonction alliée à l'aluminium. La figure 2a montre un substrat 6 en silicium de type de conductivité ÎJ avec une couche de nitrure de silicium 7 de 2000 angstroms d'épaisseur environ. Le dépôt de la couche 25 de nitrure de silicium peut être réalisé selon les techniques décrites dans le brevet français d'addition n° 85 677 déposé le 30 avril 1964, selon lequel la couche est déposée par pyrolyse à partir d'une atmosphère de silane (tétrahydrure de silicium et d'ammoniaque).: 3SiH4 + 4NHj Si-2% + 12B2 30 Dans ce procédé, l'énergie d activation est délivrée par une décharge électrique (luminescente) établie dans l'atmosphère entourant le dispositif ( par exemple un champ électrique à haute fréquence) à une température d'environ 900°C. Le rapport d'ammoniaque au silane introduit dans l'atmosphère, varie de 10 à 30 pour 1. Des fenêtres 8 sont ensuite gradées dans la couche de nitrure afin d'exposer 35 la surface de silicium comme cela est représenté sur la figure 3« Etant donné que les figures 2aî2b, 2c et 2d sont seulement une coupe de la plaquette prise selon la ligne M' de la figure 3, ces figures décrivent seulement la formation d'un simple dispositif et la figure 2b montre seulement une fenêtre 8 qui y est formée. 40 La figure 2c montre la couche d'aluminium 9 Qui a été évaporée sur la surface BAD ORIGINAL 69 27326 2015514 4 totale de la plaquette par les procédés décrits dans la technique antérieure expli- . citée précédemment. 'Dans l'opération suivante, si l'alliage est effectué à la température eutectique de 1'aluminium et du silicium,l'aluminium et le silicium se dissolvent à leur inter-5 face en formant une feuille liquide, la température eutectique étant la température minimale pour laquelle une combinaison quelconque possible d'aluminium et de silicium peut fondre. Toutefois, dans ce procédé, l'alliage est effectué en chauffant la plaquette à environ 100°C pendant environ 2 minutes. Etant donné que l'alliage est réalisé au-dessus de la température eutectique, un pourcentage plus grand de eî-10 licium pénètre dans la feuille liquide. Maintenant, quand la plaquette est amenée au-dessous de la température eutectique ,1e silicium additionnel qui a pénétré dans la feuille liquide quand la plaquette était chauffée au-dessus de la température eutectique est rejeté de la feuille liquide ce qui forme une région 10 de nouvelle croissance de silicium qui contient un 15 faible pourcentage d'aluminium. La figure 2d représente la région 10 àe nouvelle croissance ainsi formée qui est du type de conductivité P en ayant une jonction PN contact 11 et un/ohetiLque de silicium et d'aluminium 12. La plaquette peut ensuite être cassée en dispositifs séparés formant des diodes de jonction individuelles alliées à 1'aluminium en divisant la plaquette le long 20 des lignes xx! et yy' de la figure 4. En variante, la plaquette peut constituer un circuit intégré présentant plusie1"-diodes à jonctions alliéeà à l'aluminium qui sont ainsi formées comme cela est représenté sur la figure 5. Ceci peut etre réalisé en enlevant l'aluminium des portions de la couche de nitrure de-.silicium afin d'exposer la couche de nitrure 7 25 en utilisant un décapant d'aluminium après l'opération d'alliage de 1'aluminium,ce qui forme des bornes pour les diodes et le réseau 13 d'interconnexion souhaité pour le circuit intégré. La figure 6 montre un dispositif qui présente les mêmes caractéristiques de fonctionnement que la diode zener à faible tension décrite dans le brevet français 30 n° 1 553 28p. En utilisant les principes de la présente invention, pour fabriquer le dispositif représenté sur la figure 6, on obtient un procédé présentant une efficacité de fabrication perfectionnée et une réduction globale du coût de la production/ Ceci est réalisé en commençant tout d'abord avec un substrat 14 typiquement en sill^" de type de conductivité N bien que d'autres matériaux peuvent être utilisés à sa 35 place. Une région 15 de type de conductivité P présentant une jonction PN 16 formée dans la couche de silicium est formée ppr les techniques planaires connues. Une telle technique permet de déposer une couche de bioxyde de silicium 17 sur la surface de la plaquette,de graver une fenêtre approjtiée dans la couche d'oxyde et de difftser ensuite un matériau de type de conductivité P à travers la fenêtre dans 40 le substrat en formant ainsi la région 15. bad Original 69 27326 2015514 Maintenant, au lieu de placer un point d'aluminium dans la couche d'oxyde afin de ne pas toucher l'oxyde, on suit l'enseignement de la présente invention et on recouvre la surface totale de la plaquette avec une couche 18 de nitrure de silicium Une fenêtre est ensuite gravée dans la couche de nitrure de silicium qui définit tj la zone de jonction alliée souhaitée. Cela est suivi par le dépôt d'une couche d'aluminium sur la surface totale de la plaquette. la plaquette est ensuite chauffée pour allier l'aluminium à travers la fenêtre et la région 15 formée précédemment selon le gradient de température d'une température croissante dans la direction de l'intérieur de la plaquette, jusqu'à ce que la profondeur souhaitée ait été atteinte lo en formant une région auxiliaire 20 présentant une jonction PH supplémentaire 21. Etant donné que la chute de tension se produit à la jonction 21 avant qu'elle se produise à la jonction 16, la tension de rupture zener du dispositif est contrôlée par la jonction alliée 21 ainsi formée. Un grand nombre de ces dispositifs peut naturellement être fabriqué simulta-15 nément sur une seule grande plaquette en formant une pluralité de fenêtres dans les couches d'oxyde et de nitrure. Après que l'opération d'alliage ait été terminée, le dispositif peut ensuite être séparé en éléments individuels comme cela est décrit en se référant à la figure 4. Le techniques de fabrication des dispositifs représentées sur les figures 2a, 20 2b, 2c, 2d, j5, 4, 5 et 6 présentent l'avantage que de grandes quantités de dispositifs à jonctions alliées à l'aluminium peuvent être plus rapidement et plus efficacement fabriquées que par les procédés antérieurs parce que 1!aluminium peut maintenant être déposé sur la surface totale de la plaqueile et n'a pas besoin d'être enlevé soit avant soit après l'opération d'alliage. Ces dispositifs sont également réduits de manière appréciable en dimension, 25 étant donné que la dimension minimale de la jonction alliée est maintenant limitée p la plus petite fenêtre qui peut être décapée dans la couche de nitrure de silicium. Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec un exemple particulier de réalisation, on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée ■zq de l'intention. BAD ORIGINAL 69 27326 2015514 6 REVENDICATIONS 1°) Procédé de fabrication de dispositifs semiconducteurs présentant des jone-tions PN alliées à l'aluminium, caractérisé en ce qu'il comporte les opérations suivantes : 5 - dépôt d'une couche de nitrure de silicium sur une surface d'un substrat ; -• formation d'"une fenêtre dans la couche afin d'exposer une portion de la zone de surface du substrat ; -dépôt d'une couche d'aluminium sur la couche de nitrure de silicium et la zone de surface exposée ; 10 - alliage de l'aluminium dans le substrat à travers la fenêtre ; 2°) Procédé de fabrication de diodes zener présentant des jonctions PN alliées à l'aluminium sur un substrat de type de conductivité N, caractérisé en ce qu'il comporte les opérations suivantes : - formation d'une région de type de conductivité P dans une portion d'une surface 15 du substrat ; - dépôt d'une couche de nitrure de silicium sur la surface de la diode ; - gravure d'une fenêtre dans la couche afin d'exposer une portion de la zone de surface dans la zone marginale de la région ; - dépôt d'une touche d'aluminium sur la couche de nitrure de silicium et la zone 20 de surface exposée ; - alliage de 1'aluminium à travers la fenêtre et la région selon la gradient de température d'une température croissante dans une direction dirigée vers l'intérieur du substrat. 3°) Procédé selon la revendication 1..caractérisé en ce que le dispositif est 25 un circuit intégré présentant une pluralité de diodes zener alliées à l'aluminium qui sont formée.s .par gravure d'une pluralité" de fenêtres dans la couche de ■ nitrure de silicium avant le dépôt ae la couche d aluminium sur la couche de nitrure de silicium et les fenêtres. 4°) Procédé selon la revendication 3^caractérisé en ce qu'il comporte également line opération d'enlèvement de 1'aluminium des portions de la couche de nitrure 30 âe silicium après l'opération d'alliage afin de former les bornes pour les diodes et le's réseaux d'interconnexion du dispositif. 5°) Procédé sulon la revendication 4,caractérisé en ce qu'un dccapant de l'aluminium est utilisé"pour enlever l'aluminium. 6°) Procédé selon la revendication 1.caractérisé en ce qu'une couche de ni- trure de silicium présentant une épaisseur de 2000 Angstroms environ est déposee par décharge électrique à partir d'une atmosphère de silane et d'ammoniaque à une température d'environ 900°C. 7°) Procédé de fabrication selon la revendication caractérisé en ce que l'alliage est effectué à une température d'environ 1000°C psridant deux minutes ij.0 approximativement. BAD OR!G!NAL 69 27326 7 2ôisêi4 8°) Procédé selon la revendication 1,caractérisé en ce qu'une pluralité de dispositifs sont formés sur le substrat en gravant une pluralité de fenêtres dans la couche de nitrure de silicium avant que la couche d'aluminium soit déposée et en ce que le substrat est divisé en dispositifs indi iduels après l'opération 5 d'alliage. 9°) Procédé de fabrication selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif est une diode zener à jonction alliée à l'aluminium. BAD ORIGINAL