Brevet FR2059634A1 — publié le 19710604

L'invention concerne un procédé de fabrication de dispositifs semi-conducteurs intégrés à transistors bipolaires complémentaires convenant particulièrement pour la réalisation de montages numériques rapides avec disposition des composants sur plusieurs plans. On a déjà proposé un procédé de fabrication de dispositifs semi-conducteurs à transistors bipolaires qui con- viennent pour la disposition des constituants sur plusieurs plans. Dans ce cas, dans un montage composé de transistors et de résistances, on insère tout d'sabord des cuvettes de base à haut dopage,et simultanément avec ces dernières, des cuvettes de contacts des résistances dans la couche semi-conductrice ou dans le disque semi-conducteur. Dans la zone des cuvettes de base, on diffuse des cuvettes de base plates du même type de dopage ensemble avec les zones de résistance. Ensuite, on effectue la diffusion des zones d'émetteur à l'intérieur des cuvettes de base,et finalement, on sépare le verso du disque semi-conducteur ou de la couche semi-conductrice suffisamment pour mettre à nu les collecteurs situés à l'intérieur des zones de base, et simultanément, toutes les cuvettes de base et de contacts de résistance. La structure ainsi produite est rendue passive sur les deux cotés et. est reliée à l'aide de pistes conductrices qui y sont appliquées. Ce procédé permet la fabrication de dispositifs semi-conducteurs à haute densité d'empaquetage en disposant les composants dans un ou dans plusieurs plans. Les limites du degré d'intégration sont fixées par la possibilité de l'écoulement thermique et la puissance électrique absorbée par le dispositif semi-conducteur. Une augmentation supplémentaire du taux d'intégration nécessite en conséquence la mise en oeuvre de montages à faible taux de perte. Cette condition et l'exigence de rapidité de commutation élevée sont remplies par les montages à transistors bipolaires complémentaires. L'invention a pour but de réaliser un procédé permettant de fabriquer des dispositifs semi-conducteurs intégrés à transistors bipolaires complémentaires qui conviennent particulièrement pour une disposition sur plusieurs plans, avec utilisation de méthodes déjà proposées ou connues en elles-memes. L'invention a pour but d'unifier des opérations individuelles technologiques déjà proposées ou connues en elles mêmes et des procédés partiels en un procédé complet de fabrication de dispositifs semi-conducteurs intégrés à transistors bipolaires complémentaires, qui conviennent pour des utilisations de commutation rapide et pour une disposition sur plusieurs plans et qui présentent des formes favorables de construction de transistors. L'invention est caractérisée en ce que dans une couche semi-conductrice monocristalline à faible dopage, sur une couche d'un autre genre ou dans un disque semi-conducteur monocristallin à faible dopage, on diffuse sélectivement à llai- de d'une technique de diffusion habituelle, les zones de collecteur de tous les transistors pnp et mulon les noie ensuite sous une couche dBépitaxie de type n à grande surface, la diffusion dans la couche d'épitaxie étant obtenue par l'opération de trempe et une couche passive étant produite sur la couche d'épitaxie comme masque de diffusion pour les opérations de diffusion suivantes, les zones de base de tous les transistors pnp étant isolées par une diffusion de cuvette profonde de type p, en forme d'anneau et à dopage élevé et les zones de collecteur des transistors npn, qui doivent être formées par la suite, étant en même temps limitées par de telles diffusions de cuvette, les zones d'émetteur des transistors pnp et les zones de base des transistors npn étant formées simultanément par une diffusion plate du type p à l'intérieur des zones de la diffusion de cuvette, et finalement, les zones d'émetteur des transistors npn étant formées simultanément avec les zones de contact de base des transistors pnp par une diffusion plate de type n, une piste conductrice supérieure étant alors appliquée de façon connue sur le côté supérieur du disque semi-conducteur, une couche de liant y étant déposée sur une grande surface et reliée avec un disque porteur, le verso du disque semi-conducteur étant ensuite enlevé jusqu'à dégagement des zones de base, de collecteur et de cuvette des deux types de transistors, et enfin muni d'une piste conductrice inférieure comme le côté supérieur. On peut obtenir une diminution supplémentaire de la résistance de la piste de collecteur des transistors npn en produisant une zone n noyée et à faible résistance qui peut être diffusée avant ou après la diffusion des zones de collecteur p des transistors pnp. Les résistances diffusées peuvent être réalisées avec a diffusion plate de type p. les zones de contact étant placees en dessous avec la diffusion de cuvette de type p. ne autre possibilité obtenir de faibles résistances fies pistes de base des transistors pnp consiste à effectuer une diffusion n supplémentaire profonde a haut dopage dans les zones de contact de base des transistors pnp, qui serait réalisée avant ou après la diffusion de cuvette de type p. Le procédé décrit ci-dessus peut également être réalisé de façon complémentaire, c'est-à-dire la permutation de n et de p dans la description du procédé cl-dessus. Le procédé permet la fabrication de dispositifs semi-conducteurs intégrés à transistors bipolaires complémentai- res àl:aide de quatre ou cinq opérations de diffusion seulement. Les dispositifs semi-conducteurs fabriqués d'après ce procédé présentent une plus grande densité d'empaquetage que dans les modes de construction connus de transistors intégrés. En outre , par suite de la disposition des contacts et du cablage bilatéral. on obtient une faible résistance des pistes de collecteur et de base ainsi qu'un câblage court. L'invention est expliquée ci-après a l'aide d'un exemple de réalisation représenté aux dessins dans lesquels - la figure i est une vue en coupe a travers le disque d'épitaxie avec la zone de collecteur noyée - la figure 2 est une vue en coupe à travers le disque après l'exécution des opérations de diffusion - la figure 3 est une vue en élévation du disque avec la topologie des zones de diffusion pour un transistor npn et un transistor pnp, - la figure 4 est une vue en coupe a travers le disque après la liaison avec le disque porteur et l'enlèvement du disque semi-conducteur; - la figure 5 est une vue en coupe à travers la structure terminée. D'après la figure 1, on diffuse séléctivement dans un disqiic de silicium 1 de type p, monocristallin, à grande resistance des zones de collecteur 2 du type p à l'aide de techniques de décapage et de masques de laque photolithographiques connue. Dans des cas spéciaux on produit avant ou après la diffusion des zones de collecteur 2, des zones n noyées à faible résistance 21 dans la future zone des collecteurs des transistors npn. Après le dépôt d'une couche d'épitaxie de silicium 3 du type n on laisse diffuser les zones de collecteurs 2 dans la couche d'épitaxie 3 Ensuite on produit su.r la couche d'épitaxie 3 une couche passive 4 par oxydation thermique ou par dépôt. A l'aide d'une diffusion de type p , on forme des anneaux d'isolation 5 pour l'isolation des zones de base 7 des transistors pnp et des zones de cuvette de base 6 pour la limitation des zones de collecteur 8 des transistors npn. Avec une diffusion du type p, on réalise simul- tanément les zones de base 9 des transistors npn et les zones d'émetteur 10 des transistors pnpa Ensemble avec les zones d'émetteur 11 du type n des transistors npn, on produit des zones 12 de type n dans la zone des contacts de base des transistors pnp. Ensuite, on grave avec des fenêtres de contact 13 des rigoles 14 pour la conduite de la piste 15 dan-s la couche passive 4. Après la réalisation des pistes conductrices 15 à l'aide des techniques habituelles de vaporisation et de gravure, on relie de façon connue, à l'aide d'une couche de verre 16 le disque semi-conducteur 1;3 avec un disque porteur 17, par exemple un disque de silicium oxydé, par thermo-compression et on enlève par polissage et décapage le verso du disque semi-conducteur î jusqu'à mise a nu de la zone de collecteur 2 des transistors pnp et des zones de cuvette 5,6 de type p+. On obtient ainsi des zones de collecteurs isolées 8 à l'intérieur des zones de base 6;9 des transistors npn. Cette structure est représentée dans la figure 4. Le côté inférieur dégagé est muni d'une couche passive et d'une deuxième piste conductrice métallique 20. On obtient ainsi une structure qui est représentée dans la figure 5 Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représntés à partis desquels on pourra prévoir d'autres variantes, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10) Procédé de fabrication de dispositifs semiconducteurs intégrés à transistors bipolaires complémentaires qui sont disposés à l'intérieur d'une couche semi-conductrice monocristalline avec des contacts des deux côtés et qui est reliée avec un disque conducteur, procédé caractérisé en ce qu on diffuse dans la couche ou le disque les zones de collecteur de transistors par diffusion dans une cuvette annulaire de type p à haut dopage et on limite les zones de collecteur des transistors npn on forme simultanément les zones d'émetteur des transistors pnp et les zones de base des transistors npn et on applique finalement les pistes conductrices supérieure et inférieure sur le disque. 2 ) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que,dans une couche semi-conductrice monocristalline à faible dopage sur une couche d'une autre sorte ou dans un disque semi-conducteur monocristallin à faible dopage, on diffuse sélectivement,de façon connue,les zones de collecteur de tous les transistors pnp, qu'on noie ensuite sous une couche d'épitaxie de type n à grande surface qu'on diffuse par trempe dans la couche d'épitaxie, en réalisant une couche passive comme masque de diffusion pour les opérations de diffusion subséquentes, on isole es zones de base de tous les transistors pnp par une diffusion de cuvette profonde de type p de forme annulaire à haut dopage et on limite les zones de collecteur qui sont produites plus tard dans les transistors npn en même temps par de telles diffusions de cuvette et on forme ensuite simultanément les zones émetteur des transistors pnp et les zones de base des transistors npn par une diffusion plate du type p à l'intérieur des zones des cuvettes de diffusion et finalement, les zones d'émetteur 11 des transistors npn simultanément avec les zones de contact des bases 12 des transistors pnp par des diffusions plates du type n, et on applique ensuite également de façon connue sur le côté supérieur du disque semi-conducteur, tout d'abord une piste conductrice supérieure et on y dépose à grande surface une couche de liant qui est reliée avec un disque porteur et on enlève ensuite le côté arrière du disque semiconducteur jusqu'a dégagement des zones de base, de collecteur et de cuvette des deux types de transistors, en le munissant d:une piste conductrice inférieure comme sur le côté supérieur du disque semi-conducteur. 30) Procédé suivant la revendication 2, carac térisé en ce qu'on effectue dans les zones de contact des bases une diffusion profonde de type n à haut dopage. 40) Procédé suivant l'une quelconque des reven dications i à 3, , caractérisé en ce qu'on place sous les zones de collecteur des transistors npn une zone noyée n+ à faible résis- tance. 50) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on peut échanger les dif fusions de type p et de type n.