Brevet FR2103399A1 — publié le 19720414

Un procédé connu par la demande de brevet allemand mise à l'inspection publique sous le N° 1 032 404 pour la fabrication de dispositifs à semi-conducteurs à jonction pn, dans lequel on dépose par évaporation, sur une surface semi-conductrice 5 monocristalline, une substance semi-conductrice de.type de con-ductivité inverse, est caractérisé par le fait que l'on dépose sous forme amorphe ou monocristalline, sur la surface semi-conductrice, par évaporation sous vide, la vapeur d'une substance semi-conductrice en mélange avec la vapeur d'un donneur 10 ou d'un accepteur. Cette couche ainsi déposée et qui peut présenter un type de conductivité opposé à celui du substrat mono-cristallin, est à son tour contactée avec une électrode, par exemple avec une électrode déposée par évaporation. Un autre procédé connu pour fabriquer des couches 15 cristallines d'une substance semi-conductrice formant des jonctions ou facile à contacter, sur un corps semi-conducteur monocristallin, par décomposition thermique ou électrochimique ou " par décomposition de composés volatils de substances semi-conductrices suivant un prétraitement thermique réducteur du 20 corps semi-conducteur, suivant la demande allemande mise à l'inspection publique sous le N° 1 278 400, prévoit que le prétraitement thermique se fait à line température .à laquelle se formerait la couche monocristalline ou que le prétraitement thermique est opéré, en même temps que se. forme une couche 25 monocristalline, à cette température, par mélange des composés semi-conducteurs avec l'atmosphère réductrice, alors que pour l'opération de dépôt proprement dite, la température du corps semi-conducteur est abaissée en dessous de la température de formation de la couche monocristalline, jusqu'à une température 30 à laquelle apparaît la formation d'une couche polycristalline. Dans les deux cas il s'agit, dans l'intérêt de préserver les propriétés électriques des dispositifs à semi-con-ducteurs à fabriquer, d'obtenir les jonctions pn se situant à peu près à la limite entre le substrat monocristallin et le 35 matériau polycristallin formant ladite couche, à des températures aussi basses que possible. Par contre, l'invention a pour objet de pourvoir des dispositifs à semi-conducteurs comportant déjà les jonctions pn et recouverts d'une couche de protection isolante, avec les 40 électrodes contactant les différentes zones semi-conductrices 71 30185 2103399 et avec les pistes conductrices. Ce faisant, il convient d'éviter avant tout une pénétration profonde de..la matière constitutive des électrodes dans les zones semi-conductrices.à contacter, car, dans le cas contraire, on ne pourra pas utiliser les 5 dimensions des différentes zones semi-conductrices qui sont nécessaires pour l'obtention de fréquences de travail élevées. En conséquence, l'invention se rapporte à. un procédé pour réaliser un dispositif semi-conducteur à jonction pn, du type dans lequel la surface d'un cristal semi-conducteur dopé 10 est recouverte d'une couche de protection en me matière isolante dans laquelle on a ménagé une fenêtre accédant à la surface du semi-conducteur et dans laquelle on a introduit une électrode comblant l'ouverture de cette fenêtre au niveau de ladite surface et formant avec la substance semi-conductrice 15 monocristalline un contact non-redresseur, ladite électrode étant contactée à son tour avec une piste conductrice déposée sur la couche isolante. Un tel procédé a été décrit, par exemple, dans le brevet accordé aux Etats-Unis d'Amérique, sous le N° 2 680 220. 20 Du point dé vue technique l'application à des dispositifs à semi-conducteurs fabriqués suivant la technique planar est plus importante. Dans la fabrication de tels dispositifs semi-conducteurs, il est courant, après la réalisation de toutes les opérations de diffusion servant à produire les jonctions pn du 25 dispositif, d'enlever des emplacements dans lesquels on a l'intention de réaliser des contacts, la couche isolante faite avec une substance anorganique résistant à la température, par exemple avec du SiOg et recouvrant toute la surface semi-conductrice dans les opérations de diffusion. La surface semi-conductrice 30 ainsi dégagée dans les fenêtres servant à réaliser les contacts est ensuite recouverte avec un métal d'électrode qui est propre à réaliser des contacts non-redresseurs sur cette surface semi-conductrice, et"elle est reliée avec celui-ci par une opération de recuit.- 35 Lè métal d'électrode est habituellement déposé au moyen d'une opération'd'évaporation effectuée sous vide. Il est courant de recouvrir avec le métal d'électrode non seulement la surface semi-conductrice dégagée dans les fenêtres de contact, - mais également la couche isolante environnante. Ce métal d'élec-40 trode est ensuite enlevé par attaque chimique de la couche iso 71 30185 3 2103399 lante, aux endroits où il ne doit pas subsister;, en sorte qu'il ne subsiste qu'une bande menant à l'électrode dans la fenêtre de contact, c'est-à-dire une piste conductrice. Souvent on doit contacter de cette manière aussi bien 5 des plages de conductivité n que des plages de conductivité p d'un cristal semi-conducteur. On dépose alors par évaporation, tant sur les plages de contact de conductivité p que sur celles de conductivité n, de l'aluminium qui, ainsi que cela est connu, est susceptible d'être utilisé, malgré son caractère d'accep-10 teur, et sous certaines conditions, pour obtenir des contacts non-redresseurs également sur des surfaces semi— conductrices de conductivité n. La fabrication des transistors planar pour des fréquences extrêmement élevées, oblige la présence de zones d'émet-15 teur extrêmement faibles. Afin d'obtenir, dans ce cas, un contact d'émetteur impeccable, le métal de l'électrode d'émetteur ne doit, au maximum, que pénétrer très faiblement dans la zone d'émetteur déjà obtenue par une diffusion par masque. Cela est également vrai pour les transistors de puissance HF et pour un 20 grand nombre d'autres dispositifs à semi-conducteurs, plus particulièrement de circuits intégrés, fabriqués par la mise en oeuvre de la diffusion par masque. Afin que la profondeur de pénétration des électrodes soit aussi faible que possible dans le cas de la fabrication de 25 dispositifs à semi-conducteurs à électrodes alliées, on peut mélanger préalablement au matériau d'électrode le semi-conducteur concerné. Toutefois, l'expérience a montré que cette technique ne peut être utilisée avec succès que dans les transistors alliés au germanium. Mais les dispositifs à semiconducteurs 30 envisagés dans le cas présent sont surtout des dispositifs à semi-conducteurs au silicium. Par ailleurs, les surfaces à contacter de ces dispositifs sont extrêmement faibles ; elles sont généralement de l'ordre de quelques ^ . En outre, il faut encore tenir compte de la mince couche de protection et de masquage de 35 la surface semi-conductrice, qui est de l'ordre de quelques |i-seulement ainsi que de la faible distance, qui est une fraction de p-, séparant les jonctions pn des bords de la couche isolante dans les fenêtres.de contact. . C'est la raison pour laquelle on,propose suivant l'in-40 vention de provoquer d'abord sur la surface semi-conductrice 71 30185 4 2103399 monocristalline mise à nu dans la fenêtre de contact, le dépôt d'une couche de la substance semi-conductrice concernée à l'état polycristalXin ou amorphe, de déposer ensuite sur cette couche une couche faite avec le métal utilisé pour l'électrode et à 5 agir ensuite sur l'état de la substance semi-conductrice de manière que l'électrode à réaliser soit reliée à la substance semi-conductrice monocristalline par un contact non-redresseur. Lors de la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, il faut tenir compte des considérations suivantes : 10 1 - Le dépôt de la couche semi-conductrice polycristalline ou amorphe est limité à l'avance à la surface semi-conductrice dans les fenêtres de contact, et un dépôt sur la couche isolante qui recouvre le restant de la surface semi-conductrice, plus particulièrement une couche de Si02, est évité. 15 2 - L'épaisseur de la couche semi-conductrice polycristalline ou amorphe correspond au maximum à l'épaisseur de la couche isolante en dehors des fenêtres de contact. De préférence elle est égale à environ 0,75 % de l'épaisseur de cette couche. 20 3 - La couche semi-conductrice polycristalline est .déposée à l'état de conductivité n, avec adjonction correspondante de donneurs. Pour le métal d'électrode on utilise de l'aluminium qui, comme cela est connu,est déposé de telle façon que les zones de conductivité n présentent des contacts non-25 redresseurs. 4 - La piste conductrice pour contacter l'électrode est déposée simultanément avec le matériau d'électrode, de préférence à partir de la phase gazeuse. Cela signifie que le métal servant à réaliser le contact est déposé non seulement sur 30 la surface semi-conductrice polycristalline qui a été mise à nu dans les fenêtres de contact, mais également sur la couche isolante. L'allure souhaitée de la métallisation est ensuite réalisée par photogravure. Pour la mise en oeuvre pratique de l'invention, il 35 convient d'utiliser, comme substance semi-conductrice, principalement le silicium et comme substance isolante de la couche isolante du Si09. Mais on peut également utiliser comme matière III V semi-conductrice du germanium ou des composes A B , et pour la couche de protection isolante du nitrure de silicium ou de 40 l'oxyde d'aluminium. En raison de l'importance de l'application 71 30185 5 2103399 de l'invention qui se limite principalement au cas de la technique planar, réalisée habituellement avec du silicium comme substance semi-conductrice, la description qui suivra se limitera, à titre d'exemple seulement, à ce cas. 5 A l'aide de la figure 1 on décrira le principe de l'invention, alors que la figure. 2 se rapporte à la mise en oeuvre de l'invention pour la fabrication d'un transistor planar haute fréquence. Un disque de silicium désigné par la référence 1, et 10 dans lequel on a réalisé une zone de conductivité n désignée par la référence 2 et une zone de conductivité p désignée par la référence 3, ainsi qu'une jonction pn 4 située entre les deux zones 2 et 3, est recouvert, à sa surface, avec une couche isolante 5, faite de préférence avec du Si02» Le mode de réali-' 15 sation de cette couche de SiOg peut être supposé comme étant connu. En plus des possibilités de l'oxydation thermique de la surface de silicium, il convient avant tout de noter le dépôt pyrolytique à partir d'un gaz réactionnel qui est connu. Par la technique connue de la laque photosensible (photogravure), on 20 réalise dans cette couche isolante 5 les fenêtres de contact 6 et 7 qui débouchent respectivement sur la zone de conductivité n 2 et sur la zone de conductivité p 3. Le dépôt de la couche de silicium polycristalline 8 dans les fenêtres de contact 6 et 7 peut être effectué de dif-25 férentes manières. Ainsi que cela a déjà été signalé, il est avantageux que cette couche se limite à la surface semi-conduc-trice mise à nu et non pas également sur la couche isolante 5. Ci-dessous, on indiquera deux possibilités : a) - De façon connue, on choisit le gaz réactionnel de telle 30 façon que du silicium atomique se trouve sur la surface de silicium, comme cela est courant et même nécessaire lors de la croissance monocristalline. La température est abaissée au point de rendre possible le dépôt de silicium mais d'éviter une épitaxie de silicium. La température de dépôt, 35 donc la température du corps semi-conducteur 1 est à cet effet réglée à une valeur qui se situe au-dessous de 1000°C, de "préférence à, 950°C. Une plage de températures appropriée est celle qui se situe entre 920 et 960°C. L.a vitesse absolue doit être inférieure à 1 p-/min, de. préférence 0,4 y! 40 min. Il est en outre conseillé de prendre des mesures qui, 71 30185 s 2103399 dans tous les cas, empêchent le' dépôt de se produire également sur la surface de la couche d'oxyde 5. En d'autres termes, il faut empêcher la formation de germes sur la surface de la couche isolante 5. A cet effet, on peut par 5 exemple faire agir sur la surface à traiter, y compris sur la couche de SiO^, de l'acide fluorhydrique diiué de telle façon que la couche isolante subsiste dans tous les cas mais qu'une ou deux couches moléculaires soient enlevées sur sa surface (il faut tenir compte de cela lors de la 10 réalisation de la couche isolante). Le même procédé est également applicable si la couche isolante est faite avec du Si^Na ou avec du A^O^, au lieu d'être réalisée avec du Si02» Une autre possibilité d'éviter la formation de germes consiste à soumettre la couche isolante à 15 un décapage polissant. b) - Un dépôt localisé de silicium polycristallin ou amorphe sur les plages de contact 6 et 7 peut également être obtenu à l'aide d'une épitaxie de transport-sandwich. A cet effet on place sur un support susceptible d'être chauffé un corps 20 de silicium à surface plane et dopé en fonction du dépôt souhaité. Sur la surface plane de ce corps auxiliaire en silicium prévu comme source pour le dépôt, on place de telle façon le corps de silicium 1 pourvu de la couche de SiO^ ainsi que des fenêtres de contact, que celles-ci soient 25 tournées vers le corps constituant la source, la couche isolante 5 faisant fonction d'entretoise ou de pièce d'écar-tement. Si l'on chauffe la disposition ainsi réalisée dans un gaz réactionnel susceptible d'opérer le transport du silicium mais n'attaquant pas la couche isolante 5, le 30 silicium est susceptible d'un transfert de la source chaude aux plages à revêtir du dispositif à traiter. A cet effet, on choisit la température à un niveau suffisamment bas pour que le dépôt aux fenêtres de transport se fasse non pas sous forme monocristalline mais sous forme polycristalline 35 ou même sous forme amorphe. Sur le dispositif représenté dans la figure 1 on dépose ensuite une couche du métal servant à réaliser le contact, plus particulièrement une couche d'aluminium. Avant ou après le traitement thermique que l'on doit opérer afin d'obtenir une meil-40 leure liaison et un meilleur contact non-redresseur, la métal- 71 30185 7 2103399 lisation est recouverte à l'aide d'une couche d'un vernis photosensible, et le métal en excès est enlevé par attaque. Les pistes 11 et 12 subsistent respectivement à côté des électrodes 9 et 10. 5 Dans le dispositif représenté dans la figure 2 on a d'abord produit dans le monocristal de silicium 21 une structure transistor à l'aide de la technique planar ; la couche isolante 24 qui recouvre la surface semi-conductrice provient de ce fait, au moins en grande partie, du procédé planar pré-10 alablement exécuté. Dans ce cas on est également parti d'un disque de silicium monocristallin 21 présentant un certain type r de conductivité et dans lequel on a réalisé par diffusion une zone de base 22 à l'aide d'une substance d'activation provoquant le type de conductivité inverse. Dans la zone de base 22 on a .15 réalisé, également par diffusion et de manière connue, l'émetteur 23 présentant le type de conductivité de la substance de base représentant le collecteur. Dans la couche de Si02 désignée par la référence 24 et recouvrant la structure obtenue, on réalise, de la manière déjà décrite, les fenêtres de contact 25. 20 Les portions de couche polycristalline 26 ainsi que les électrodes 27 et les pistes conductrices 28 complètent le dispositif. 71 30185 8 2103399 REVENDICATIONS 1. Procédé pour réaliser un dispositif semi-conducteur à jonction pn, du type dans lequel la surface d'un cristal semiconducteur dopé est recouverte d'une couche de protection en une matière isolante dans laquelle on a ménagé une fenêtre ac- 5 cédant à la surface du semi-conducteur et dans laquelle on a introduit une électrode comblant l'ouverture de cette fenêtre au niveau de ladite surface et formant avec la substance semi-conductrice monocristalline un contact non-redresseur, ladite électrode étant contactée à son tour avec une piste conductrice 10 disposée sur la couche isolante, caractérisé par le fait que l'on provoque d'abord sur la surface semi-conductrice monocristalline mise à nu dans la fenêtre de contact, le dépôt d'une couche de cette substance semi-conductrice à l'état polycristal-lin ou amorphe, que l'on dépose ensuite sur cette couche une 15 couche faite avec le métal utilisé pour l'électrode et que l'on agit ensuite sur l'état de la substance semi-conductrice déposée de manière que l'électrode à réaliser soit reliée à la substance semi-conductrice monocristalline par un contact non-redresseur. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé 20 par le fait que la substance semi-conductrice polycristalline ou amorphe n'est déposée que sur les plages de contact mises à nu sur la surface semi-conductrice. 3. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la couche isolante est sou- - 25 mise à un traitement de réduction de germes et que l'on procède ensuite au dépôt du semi-conducteur, plus particulièrement du silicium, avec un gaz réactionnel permettant le dépôt d'une substance semi-conductrice atomique, mais à une température qui n'est plus suffisante pour le dépôt monocristallin. 30 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le dépôt polycristallin sur les plages de contact est effectué par une réaction de transport suivant la méthode dite de sandwich, avec utilisation, comme entretoise ou pièce d'écartement, de la couche isolante qui 35 recouvre la surface semi-conductrice en dehors des plages de contact. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le métal servant à réaliser 71 30185 9 • 2103399 les électrodes est déposé sous là.forme d'une couche continue et qu'il est enlevé, en dehors des emplacements de contact et des pistes conductrices à réaliser, par une opération de photogravure .