Brevet FR2017229A1 — publié le 19700522

La présente invention concerne un dispositif semiconducteur et un procédé de fabrication dudit dispositif. Plus particulièrement, le dispositif semiconducteur est un transistor du type planaire. Les transistors ont été jusqu'ici construits sur des éléments résistants 5 à la diffusion, tels que du saphir; comme le montre Mueller et al, Prooesdings of the IEEE, Décembre 19B4, page 1409. Cependant, cette référence ne présente pas l'utilisation du saphir comme une barrière à la diffusion des atomes d'impuretés. Il est également connu de diffuser les différentes régions d'un premier type de conductivité et ensuite Galles de l'autre type da conductivité 10 dans un corps semiconducteur au travers d'une ouverture faite dans un mesqusr Cependant, ces diffusions donnent finalement de grandes zones de jonctions avec de grandes capacités correspondantes. Une mince couche de matériau semiconducteur est placée sur un matériau résistant à la diffusion et est revêtue d'un masque dans lequel a été fait 15 une ouverture. La mince couche est d'un premier type de conductivité, par exemple, un matériau de type de conductivité P. Par des diffusions successives d'impuretés au travers de l'orifice fait dans 1s masque,, on obtient des régions adjacentes de type de conductivité opposé, afin de créer, par exemple, un transistor PNP. Et?înt donné qu'il y a une diffusion négligeable au travers du si:bs-20 trat résistant à la diffusion, la jonction sa limite à la zone séparant la surface supérieure du substrat et la surface supérieure de la mince couche de matériau semi-conducteur. En commandant ainsi la zone de la jonction, il résulte que la capacité de la jonction est également commandée. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention 25 ressortiront de la description qui va suivre, donnés à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux dessins annexés sur lesquels! La figure 1 représente une vue en coupe de plusieurs souches, ou sandwich, fait dans un matériau utilisé dans la construction d'un transistor conformément à la présente invention. 30 Les figures 2a et 2b représentent en coupe des vues de dessus des couches du matériau après qu'un orifice a été fait dans lë masque. Les figures 3a et 3b représentent, en caupe, des vues de dessus du matériau après une première étape de diffusion. Les figures 4a et 4b représentent, en coupe, des vues de dessus du maté-35 riau après une seconde étape de diffusion. Les figures 5a et 5b représentent des vues en coupe de deux profils de jonctions choisis parmi les nombreux profils possibles réalisables dans la présente invention. La figure 6 représente une vue de dessus d= l'invention avec un masque 40 supplémentaire afin de réserver un espace pour recevoir les contacts-émetteur. % ; ©AD ORIGINAL 69 26640 2 2017229 La figure 1 représente une vue en coupe de plusieurs couches* faites dans un matériau utilisé dans la construction d'un transistor à jonctions conformément à la présente invention. La mode de réalisation du transistor va être de façon type utilisé dans les dispositifs de circuits intégrés. Un substrat 5 1 est fait dans un matériau ayanr. une très faible conductivité électrique et, en outre» il représenta une barrière Imperméable Cou presque] à la diffusion des sternes d'impuraté nor.iisl&ïssvi; utilisés pour doper le matériau semiconducteur,, 1.1 j a de Rsmhrsy;: ^atériqyl pourraiant être utilisés gemme substrat-* Des easaplea types d® «aatériai» qui pouivaiEni Sirs utilisés uomms substrat» '10 sont la saphir» SIC, ~t Sic.,* Uns ninss ecyeivs 2 fr-its un sistériau semiconducteur est placée sur la surfae? du matériau du «ubstrst. Dans 1s ces présent» la gemme optimales relative à l'épaisseur du matériau ssmisonductsur est d'environ 0,5 à 3,0 microns quoiqua des épaisseurs hors de cette gemma puissent être également utils Usées, Bian 1& ïi&i.èsis,u semiconducteur- doit avoir une qualité cristallin? sfprcpriHs J.-3 r, procédé ersieserses f.pitaxiale-, bien que cas procédés soient de peu de portés dens la présents invention, La mines couche de matériau aemi-20 conducteur, telle qu'elle sst appliquée à l'origine, et d'un premier type de conductivité, par exemple, un matériau de type de conductivité P. Le 3ubstrst 1 p^yt, de type» être préparé en disant une mines ewuohs i""l r.nts sur la su&fscs d'une pastilla serai coniuciriue monocristal line. La 'coucha isolants peut êtrs SiG_, SiO, SiJ\!„,A.'.CL, ou tout autre matériau 2 3 4 3 '-'S is3?.snt Le îruslw ioolsnte peut -f.-:;"; déposas. .iai» c» procédé quicon que approprié oonvsnsnt au matériau d'isolement sélectionné. Par exemple» 1s SiO peut stre déposé par croissance thermiqus, par pulvérisation à haute fré-qusnes., stc». « le Si„ft. peut dis façon type être déposé par pulvérisation rëas-tivs a hauts fréquence, ou par dépSt pyrolytique. Une .couche relativement épais-30 se est alors déposée sur la surfses de la couche isolante qui a habituellement uns épaisseur de l'ordre de 0» 15mm pour servir de base au support. La couche support psyt être du silicium polycristallin formé par tout procédé approprié. Cependants tout autre matériau approprié peut être utilisé. La majeure partie de la pastille d'origine au silicium par exemple le dos du substrat composé 35 comme décrit "i-dessus, est enlevée pour réduire l'épaisseur à environ 2 microns. Cette impression peut se faire par un procédé de polissage mécanique ou chimique ou par une combinaison de ces procédés, par exemple, par le procédé de polissage décrit dans le brevet français n° 1 517 308 délivré le 23 Mars 1967 sous le titre "Procédé de polissage de matériaux semiconducteur^". 40 Un masque de diffusion 3 est placé sur la surface supérieure de la couche BAD ORIGimAl 69 26640 3 2017229 mince 2. Ces masques de diffusion sont bien connus dans la construction des èemiconducteurs. Les figures 2a et 2b représentent des vues transversales de dessus des couches du matériau après l'étape suivante utilisée dans la construction du 5 dispositif semi-conducteur. Une partie du masque 3 est enlevée en utilisant des procédés bien connus dans l'art, par exemple, par corrosion, afin d'exposer une zône de la mince couche de matériau semiconducteur 2 au travers du masque 3. Les figures 3a et 3b sont des vues transversales de dessus des couches 10 du matériau semiconducteur après l'étape suivante utilisée dans la construction du dispositif semiconducteur. Pour plus de facilité, le matériau semiconducteur dans la couche mince 2, tel qu'il est déposé à l'origine, va être supposé être du type P, fournissant alors un transistor de type PNP. En revanche, si ce matériau est du type N, des modifications évidentes apportées au procédé de 15 fabrication fourniraient un transistor du type NPN. Après l'ouverture de l'orifice dans le masque, les atomes d'impureté, du type donneur, sont diffusés au travers de l'ouverture faite dans le masque en utilisant les procédés de diffusion bien connus dans l'art de la construction des semiconducteurs. Ce procédé de diffusion se poursuit pendant un temps suffi-20 sant afin de permettre aux atomes du type donneur de pénétrer sur toute la largeur de la mince couche du film semiconducteur de type P, et pendant un temps supplémentaire afin de fournir une jonction 4 de type PN qui soit bien étalée par rapport à l'ouverture du masque de diffusion. Comme cela sera vu ci-après, en regard des figures 5a et 5b, cette jonction peut être approxima-25 tivement perpendiculaire à la surface des semiconducteurs. Les figures 4a et 4b représentent des vues de dessus transversales des couches du matériau semiconducteur après l'étape suivante. Les atomes d'Impureté du type accepteur sont diffusés au travers de l'ouverture du masque dans la surface d=la mince couche de matériau semiconducteur 2 afin de produire 30 une seconde région diffusée dans la première région diffusée. La seconde région diffusée va avoir un premier type de conductivité, par exemple de type P, et va former une seconde jonction 5 de type PN avec la première région diffusée. Ainsi, la première jonction 4 délimite la périphérie externe de la première région diffusée et sépare la première région diffusée de la région externe 35 de la mince couche. La seconde jonction 5 de type PN délimite la périphérie interne de la première région diffusée et sépare la première région diffusée de la seconde région diffusée. La combinaison de la région externe, la première région diffusée, et de la seconde région diffusée, produit un dispositif semiconducteur PNP construit de la manière qui vient d'être décrite. Bien enten-40 du, le même procédé peut être utilisé pour produire un dispositif semiconducteur 69 26640 4 2017229 NPN au moyen des modifications évidentes. Les jonctions 4 et 5 de type PN vont de la surface supérieure de la mince couche de matériau semiconducteur, en passant par le matériau semiconducteur, jusqu'à la surface supérieure du substrat. Etant donné que le substrat est 5 imperméable, ou presque imperméable, aux atomes d'impuretés, la jonction s'arrête à la surface du substrat. Il n'y a pas de grandes zones de jonctions directement sous-jacentes à l'ouverture du masque comme cela est le cas dans les dispositifs de lsart antérieur. Etant donné que la zone totale dans chacune des jonctions est réduite, la capacité de jonctions est également réduite. 10 Les figures Sa et 5b représentent des vues sn coupe de deux profils de jonctions types. Les jonctions peuvant être presque perpendiculaires à la surface de la couche semiconductrice comme le montre la jonction 4 de la figurs 5a ou les jonctions peuvent être nettement non-perpendiculaires comme le montre la jonction 5 de la figure 5b. De façon générale, une jonction qui s'étend 15 nettement au-delà du bord de l'orifice du masque est beaucoup plus proche de la perpendiculaire à la surface semiconductrice qu'une jonction qui est plus proche du contour de l'orifice du masque. La figure 6 représente un autre procédé de réalisation de l'étape décrite en regard des figures 4a et 4b. Il est souhaitable que la région entre la périp™ 20 hérie interne et externe de la première région de diffusion soit suffisamment grande pour permettre un contact électrique à la première région de diffusion, ce qui sera la région base du transistor. Si la zone de la première région de diffusion n'est pas suffisamment grande, en utilisant le procédé de fabrication qui vient juste d'être décrit, un masque de diffusion supplémentaire 25 6 peut être utilisé après la première étape de diffusion pour obturer une zone de l'orifice du masque. La zone du masque supplémentaire B va empêcher une grande partie de la première région de diffusion de se diffuser lors de la seconde étape de diffusion. Une fois ce masque supplémentaire enlevé, une plus grande région va être accessible en vue d'un contact électrique à la région 30 base du transistor. Il reste bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple non limitatif, et que de nombreuses variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre et de la portée de la présente invention. 69 26640 5 2017229 REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication d'un dispositif semiconducteur caractérisé en ce que: - on prend un substrat qui est imperméable aux atomes d'impuretés diffu 5 sêes - on forme, sur le substrat, une coucha minee d'un matériau semiconducteur d'un premier type de conductivité - on forme sur la couche mince, un masque imperméable aux atomes d'impuretés diffusées 10 - on pratique des trous à travers le masque pour dégager certaines pari;; de la surface de la couche mince - on diffuse des atomes d5impuretés d'un premier -• corps s "trôVisrw les trous pour créer, dans la couche mince, une première région composée «J ai matériau semiconducteur du second type .de sanduotivité, cette .première râgj.jf 15 étant maintenue à l'intérieur- du périmètre de la couche raines - on poursuit la diffusion d'atomes d'iapurstés de la première espèce pendant une période de temps suffisante pîsur étendre la première région au delà des bords des trous. - on diffuse des atomes d'impuretés d'un second corps a travers au moir 20 une partie des trous pour créer, dans la ecucha mince, une seconde région composée d'un matériau semiconducteur du premier type de conductivité - on poursuit la diffusion des sternes, d'impuretés du second corps pendant une période de temps suffisante pour maintenir la seconde région à l'intérieur du périmètre de la première région. 25 2.- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que: - on place un masque sur une partis des trous - on diffuse des atomea d'impuretés .de second corps à travers la partie restante des trous. 30 3.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 dans lequel le substrat est composé d'un matériau choisi parmi le groupe comprenant le saphr" le SiC, le SigN^ et le Si02' 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel la diffusion des atomes dimpuretés du premier corps et du second sorps se pour-35 suit pendant un temps suffisant pour que les jonctions, situées d'une part entre les première et seconde régions et d'autre part entra la première région et la partie restante de la couche mince de matériau semiconducteur. BAD ORIGINAL 69 26640 6 2017229 s'étendent depuis la surface du substrat jusqu'à la surface de la couche mince. 5.- Dispositif semiconducteur tels que ceux obtenus en utilisant 1s procédé -selon l'une quelconque des revendications 1 à 4= BAP ORIGINAL