Brevet FR2051753A1 — publié le 19710409

La présente iove&«i@Eï e©ae@ra@ ira procédé ptrar doper avec précision par zones êse m On utilise la technique de la diffusion avec masques dans les procédés connus pour doper un corps semi-conducteur, ccxotoe par exemple du silicium ou du germanium. Cependant il 10 s'est avéré que le problème du masquage contre des diffusions du type p dans des cristaux de germanium n'est pas résolu de façon satisfaisante. Le brevet allemand n° 1 046 785 a fait connaître m procédé dans lequel du silicium conducteur du type p ou du type n est engendré par diffusion d'une impureté, déter-15 minant la conductivité, à partir d'un revêtement pendant une opération de combustion. Le revêtement comporte par exemple un composé du bore, tel que de 1*oxyde de bore, ou un composé du phosphore, tel que l'anhydride phosphorique. Mais le problème du dopage, précis et par zones, de cristaux de semi-conducteur n'est 20 pas résolu par les enseignements contenus dans ce brevet. La présente invention a pour but de fournir un procédé pour doper de façon précise, par zones, des cristaux de semiconducteurs. Le procédé doit pouvoir être mis en oeuvre de façon simple et éviter notamment le masquage contre la diffusion 25 dans des cristaux de germanium. Le procédé conforme à l'invention est caractérisé par le fait qu'on dépose une couche d'oxyde mixte, composée de bi-oxyde de siliciiaa et de l'oxyde d'un élément dopant, sur un cristal de semi-conducteur, qu'on enlève cette couche d'oxyde mixte 30 en dehors de la zone à doper, d'une façon connue en soi, par exemple par décapage chimique, et qu'on fait diffuser par l'action de la chaleur l'élément dopant dans la zone du cristal de semi-conducteur, qui est adjacente à la couche d'oxyde mixte restant après son enlèvement partiel. 35 Le procédé conforme à l'invention permet de créer d'une façon simple des zones dopées et délimitées de façon précise dans un cristal de semi-conducteur. Le procédé peut notamment être utilisé pour le dopage du type p du germanium. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré 40 schématiquement au dessin annexé un mode d'exécution du procédé 70 25835 2 2051753 suivant l'invention» Les figures 1 à 5 représentent les étapes successives de la fabrication d'un transistor pnp. Les figures 6 à S représentent les étapes de"la fabri-5 cation d'un transistor np». On va tout d'abord décrire ei-après la fabrication d'un transistor pnp : Sur un cristal de germanium 1, qui est de préférence faiblement dopé du type p, est déposée d'une façon connue en soi 10 une couche d'oxyde mixte constituée par du bioxyde de silicium comportant un élément dopant du type p (figure 1). La couche d'oxyde mixte 2 a de préférence une épaisseur de 0S3 p. Cousue élément dopant du type p de la couche de bioxyde de silicium 2, il s'avère particulièrement approprié d'utiliser surtout du gal-15 livra ou du bore. Il est en outre avantageux de déposer la couche d'oxyde mixte 2 sur une surface du cristal de germanium 1, orientée parallèlement aux plans 111, 110, 100 (indices de Miller). Puis on enlève la couche d'osyde mixte 2 à l'extérieur de la zone, où doit s ' effectuer la diffusion,., par décapage chimique 20 dans une solution tampon d'acide fluorhydrique, par exemple au moyen d'un masquage avec une laque photosensible, de façon à laisser subsister une couche résiduelle 20, comme représenté en figure 2. Puis, sous 1'action d'une élévation de température et dans un gaz protecteur ou dans le vide, on fait diffuser la 25 substance dopante depuis la couche résiduelle 20 dans la zone du cristal de germanium 1, située sous cette couche 20. La diffusion est réalisée dans un gaz protecteur ou dans le vide en utilisant du gallium de préférence à 800°C pendant environ 20 minutes de sorte qu'il se forme une couche 3 conductrice du type 30 p+. Comme gaz protecteur, on peut utiliser par exemple une atmosphère constituée dans une proportion en volume par 80% d'azote et 20% d'hydrogène. Pour une concentration suffisamment élevée de l'élément dopant dans la couche d'oxyde mixte 2, on peut atteindre une solubilité maximale dans le cristal de ger-35 manium, ce qui est approprié pour la qualité de l'émetteur. Comme gaz protecteur on peut également utiliser avantageusement tin milieu réducteur ayant une autre composition. Après cette diffusion* qui sert à la fabrication de l'ânetteur, la couche résiduelle 20 est enlevée par décapage 40 chimique. SAD ORIGINE 70 25835 3 2051753 Puis on dépose de façon connue, comme représenté en figure 3, une couche de masquage 4, constituée par exemple par du bioxyde de silicium, sur une épaisseur d'environ 0,2 p à environ 620°C. On enlève ensuite par corrosion une fenêtre 10 de 5 diffusion de la base. Il est également possible d'enlever la couche résiduelle 20 pendant cette phase du procédé. La diffusion de la base (figure 4) s'effectue d'une façon connue. Par exemple de l'antimoine avec une concentration superficielle maximale est diffusé pendant environ 100 minutes 10 à environ 665 °C pour former la base 5. La diffusion à travers la zone 3 dopée par du gallium est ralentie de sorte qu'on obtient au dessous de 1'émetteur une zone de grande résistance formant la base, tandis qu'il se crée par suite de la concentration superficielle maximale en dehors de la zone de l'émetteur une zone de 15 faible résistance pour la connexion de la base. On dépose ensuite à environ 450°G, sur le dispositif représenté en figure 4, une couche de passivation 6, qui est par exemple formée à partir de bioxyde de silicium (figure 5). La couche de passivation 6 doit avoir une épaisseur au moins égale 20 à 0,1 y . Son épaisseur est de préférence supérieure à 1 p . Des fenêtres 9 sont réalisées de façon connue par décapage chimique dans la couche de passivation 6. Pour réduire la résistance des connexions, on utilise un matériau approprié pour les contacts 8 de la base et de l'émetteur. Par exemple il 25 est possible d'utiliser de l'or dopé par de l'antimoine. Le raccord de l'émetteur peut être constitué par de l'or dopé du type p. Comme substance dopante on peut utiliser du gallium. On peut avantageusement utiliser une couche d'argent supplémentaire, qui est dopée comme la couche d'or. 30 . En dernier lieu, on dépose sur le dispositif semi conducteur les voies de contact 7, constituées par exemple par une succession de couches de chrome et d'argent. Le dépôt des couches métalliques s'effectue de préférence par vaporisation sous vide. 35 : On va ci-après décrire la fabrication d'un transistor npn suivant l'invention. Sur les figures 6 à 8, les parties correspondantes sont désignées par les mêmes références que sur les figures 1 à 5. La fabrication du transistor npn s'effectue d'une 40 façon semblable à celle employée pour un transistor pnp. On 70 25835 4 2051753 fabrique d'abord la zone 15 formant la base suivant le procédé conforme à l'invention par diffusion de gallium ou d'un autre élément dopant du type p dans le cristal de germanium 11, qui est de préférence faiblement dopé en type n (figure 6). On 5 réalise la concentration nécessaire d'impuretés de la base 15 en déterminant convenablement la concentration de gallium dans la couche d'oxyde mixte 22 (diffusion en une phase opératoire), ou bien, dans un procédé de diffusion en deux phases opératoires, on.introduit d'abord une concentration maximum d'impuretés comme 10 pour la diffusion de l'émetteur dans le cas de la fabrication d'un transistor pnp, puis on soumet le cristal de germanium à un second traitement thermique après avoir enlevé la couche d'oxyde mixte 22. Le rapport choisi entre la concentration d'impuretés et la profondeur de pénétration est réglé par combinaison appropriée 15 des deux traitements thermiques. La diffusion avec masque de l'émetteur est ensuite réalisée. Pour cela une couche de masquage 4 est déposée sur le cristal de germanium et l'émetteur 17 dopé en type n+ est fabriqué à l'aide d'une fenêtre 16 réalisée dans ladite couche par 20 décapage chimique. Une substance dopante appropriée £3u psr exemple l'arsenic, dont la diffusion s'effectue d'une façon connue, comme par exemple la diffusion de la base dans le cas de la fabrication du transistor pnp décrit ci-dessus (figure 7). La fabrication des contacts 8 et des voies de contact 25 7 s'effectue comme dans le cas du procédé de fabrication d'un transistor pnp (figure 8). 70 25835 s 2051753 REVENDICATIONS 1. Procédé pour doper éo. façon précise et par zones des micro-composants à semi-conducteurs9 fabriqués suivant la technique planar comme par exemple des transistors planar au germanium ou des circuits intégrés, contenant des transistors 5 planar au germanium, devant être utilisés dans le domaine des hautes fréquences, caractérisé par le fait qu'on dépose une couche d'oxyde mixte constituée par du bioxyde de silicium et par l'oxyde d'un élément dopant sur un cristal semi-conducteur, qu'on enlève de façon connue en soi, par exemple par décapage 10 chimique, cette couche d'oxyde mixte en dehors de la zone à doper, et qu'on fait diffuser l'élénîent dopant par l'action de la chaleur dans la zone du cristal semi-conducteur qui est adjacente à la couche d'oxyde mixte subsistant après son enlèvement partiel. 15 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que, pour doper par zones un cristal de germanium, on dépose sur ce dernier une couche d'oxyde mixte constituée par du bioxyde de silicium et l'oxyde d'un élément dopant du type p. 3. Procédé suivant la revendication 1 et/ou la reven- 20 dication 2, caractérisé par le fait qu'on dépose la couche d'oxyde mixte sur une épaisseur d'environ 0,3 11. 4. Procédé suivant la revendication 1 ou la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé par le fait qu'on utilise du gallium conme élément dopant. 25 5. Procédé suivant la revendication 1 ou la revendica tion 2 ou la revendication 3, caractérisé par le fait qu'on utilise du bore comme élément dopant. 6. Procédé suivant la revendication 1 ou la revendication 2 ou la revendication 3 ou la revendication 4 ou la reven- 30 dication 5, caractérisé par le fait qu'on réalise le dépôt de la couche d'oxyde mixte pour produire la diffusion de l'émetteur d'un transistor pnp. 7. Procédé suivant la revendication 1 ou la revendication 2 ou la revendication 3 ou la revendication 4 ou la reven- 35 dication 5 ou la revendication 6, caractérisé par le fait que l'action thermique pour réaliser la diffusion de l'émetteur s'effectue par chauffage à environ 800°C et pendant environ 20 minutes. 70 25835 6 2051753 8. Procédé suivant la revendication 1 ou la revendication 2 ou la revendication 3 ou la revendication 4 ou la revendication 5 ou la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisé par le fait que l'action thermique s'effectue dans le vide 5 ou dans un gaz protecteur. 9. Procédé suivant la revendication 8, caractérisé par le fait qu'on utilise un gaz réducteur comme gaz protecteur. 10. Procédé suivant la revendication 1 ou la revendication 2 ou la revendication 3» caractérisé par le fait qu'on 10 réalise le dépôt de la couche d'oxyde mixte pour effectuer la diffusion de la base d'un transistor npn. 11. Procédé suivant la revendication 10, caractérisé par le fait que la couche d'oxyde mixte présente un dopage approprié au gallium pour une diffusion en une seule phase opérais toire. 12. Procédé suivant la revendication 10, caractérisé par le fait que la couche ds oxyde mixte présente un dopage approprié au gallium pour une diffusion en deux phases opératoires. 13. Procédé suivant la revendication 1 ou la revendi- 20 cation 2 ou la revendication 3 ou la revendication 4 ou la revendication 5 ou la revendication 6 ou la revendication 7 ou la revendication 8 ou la revendication 9 ou la revendication 10 ou la revendication 11 ou la revendication 12, caractérisé par le fait que la surface du cristal semi-conducteur, sur laquelle on 25 dépose la couche de bioxyde de silicium, est orientée suivant la direction des plans 111 * 110, 100 (indices de Miller). 14. Procédé suivant la revendication 1 ou la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé par le fait qu'on utilise de l'indium comme élément dopant. 30 15. Procédé suivant la revendication 6 ou la revendi cation 7 ou la revendication 8 ou la revendication 9 ou la revendication 10 ou la revendication 11 ou la revendication 12 ou la revendication 13, caractérisé par le fait qu'on utilise de l'indium comme élément dopant. 35 16. Procédé suivant la revendication 1 ou la revendi cation 2 ou la revendication 3 ou la revendication 4 ou la revendication 5 ou la revendication 6 ou la revendication 7 ou la revendication 8 ou la revendication 9 ou la revendication 10 ou la revendication 11 ou la revendication 12 ou la revendication 13 40 ou la revendication 14 ou la revendication 15, caractérisé par le 70 25835 7 2051753 fait qu'on enlève la couche d'oxyde mixte à l'aide d'une solution tampon d'acide fluorhydrique.