Brevet FR2080612A1 — publié le 19711119

La présente invention concerne un procédé pour fabriquer des composants à semiconducteurs, constitués notamment par du silicium comme matériau de base et présentant au moins deux zones possédant des types de conductivité différents 5 et obtenues par diffusion, selon lequel la diffusion des différentes zones s'effectue à partir de substances solides déposées à la surface du cristal semiconducteur et contenant la substance dopante. Le revêtement de pastilles de cristal de silicium par 10 une substance dopante en vue d'une diffusion ultérieure, pour la fabrication de composants à semiconducteurs, est en général réalisé dans un four, dans une atmosphère reî..plie de substance dopante. Le nombre des pastilles de cristal, qui peuvent être revêtues simultanément dans une phase opératoire, est plus ou 15 moins limité par l'écart, que doivent présenter entre elles les pastilles, selon le degré d'uniformité exigé de la couche de revêtement. Pour des composants à semiconducteurs de grande puissance, qui ont des dimensions relativement importantes, cette phase opératoire est donc très onéreuse étant donné que seul 20 un petit nombre de pastilles de cristal peuvent être simultanément revêtues. Le brevet allemand n° 1.046.785 a fait connaître, sous le nom de procédé "Paint-on" un procédé qui convient mieux pour la fabrication de composants à semiconducteurs de grande sur-25 face, étant donné qu'il peut être mis en oeuvre à moindres frais et ne nécessite pas de mise en oeuvre trop élevée. Selon ce procédé, on dépose à.la surface du cristal semiconducteur, sous la forme d'une pâte, un composé vitrifiable connu en soi, dont un composant est constitué par la substance dopante, puis on 30 effectue un séchage et une diffusion dans la surface. Il appa-rait sous la glaçure une zone située à la surface du cristal semiconducteur et possédant le type de conductivité correspondant de la substance dopante. Cependant ce procédé présente l'inconvénient consis-33 tant en ce que, sur un côté de la pastille de cristal semiconducteur, on ne peut réaliser qu'un dopage du type £ ou un dopage du type n et on ne peut réaliser que rr.al et difficile-'ment une combinaison des deux dopages, comme cela est nécessaire pour la fabrication de transistors et de circuits intégrés. De 40 plus, par suite de la non uniformité des épaisseurs de couche 71 05310 2 2080612 dans le cas du procédé dit " Paint—on " avec l'utilisation de la pâte, on obtient très souvent des composants dont les paramètres électriques présentent une grande dispersion» Un autre inconvénient du procédé dit "paint~on", 5 consiste en ce que la substance dopante peut être facilement évaporée dans l'atmosphère environnante à partir de la pâte la contenant, de sorte qu'on doit ë! accommoder d'un appauvrissement préalable de la source de substance dopante, ce qui conduit à des résultats trop peu reproductibles du point de vue des taux 10 de concentration» Le procédé conforme à l'invention évite tous ces inconvénients grâce au fait! qu'on dépose la substance dopante sous la forme d'un composé chimique, dis-sous dans une laque, sur la surface du cristal semiconducteur sur les zones prévues pour la 15 diffusion, on évapore ensuite le solvant de la laque par étuvage, 011 dépose une solution, contenant le composé de silicium, sur la couche de laque contenant la substance" dopante, on enlève alors la laque par décomposition thermique et, au moyen du traitement thermique, on forràe à' la surface dii cristal seraicon-20 ducteur, sous l'influence d'une atmosphère humide, une couche d'oxyde de la substance dopante avec une couche de SiO^ superposée, et on produit les soiies ayant' des types de conductivité ■différents par un processus ultérieur de diffusion en utilisant l'oxyde de la substance dopante, recouverte par le SiO^, comme 25 source de substance dopante. XI entre dans le cadre de l'invention d'utiliser comme solution contenant le composé de silicium,; une laque qui contient un composé du silicium, par exemple du diméthyl-dichloro-silane ^(CH^)^ SiC1. dissous avec une concentration élevée 30 dans l'éther0 ^" Nais il est également possible de pulx'ériser, comme solution contenant le composé du silicium, une solution de tétrachlorure de silicium (SiCl^) sur la couche de laque contenant la substance dopante. 35 Suivant une autre forme de réalisation de l'invention il est prévu, pour fabriquer des zones dopées de façon sélective dans le corps semiconducteur, de dissoudre la substance dopante sous la: forme d'un composé chimique dans une laque photosensible, qui est à nouveau enlevée à l'aide de la technique de 4-0 la corrosion photochimique dans les 'zones qui ne sont pas à do — bad original 71 05310 3 2080612 per. Grâce à ces dispositions, il est possible, par rapport au procédé dit "Paint-on", de fabriquer en une seule phase opératoire simultanément, les unes à côté des autres, des zones comportant des dopages différents soit du point de vue de la concentration soit du point de vue du type de conductivité. Grâce à la phase opératoire supplémentaire de dépôt d'une solution contenant le composé du silicium ou d'une autre laque contenant ce composé, un appauvrissement préalable de la source de substance dopante par diffusion de cette dernière dans la phase gazeuse est impossible. En outre le temps nécessaire pour le dopage est grandement réduit, ce qui, à son tour, a un effet particulièrement favorable sur les paramètres électriques des composants ainsi fabriqués. De préférence, la teneur en composé de substance dopante, qui est constituée de préférence conformément à l'invention par des composés de bore, de phosphore, d'arsenic et d'antimoine, est réglée à 15 $ au plus dans la solution de laque. Si on n'utilise pas de laque photosensible, on peut également utiliser comme solution de laque-une nitrocellulose dissoute dans de 1'éther de butylacétate, qui est pulvérisée ou déposée goutte à goutte et est ensuite centrifugée. Suivant un exemple de réalisation particulièrement approprié conforme à l'invention, on cherche a obtenir une épaisseur de la couche de laque, contenant la substance dopante, qui soit proche de 3 à 5 p. Pour éviter la diffusion vers l'extérieur de la substance dopante à partir de la source solide de substance dopante il suffit que l'épaisseur de couche de la seconde solution de laque contenant le composé du silicium soit réglée à environ 1 G' Grâce au procédé conforme a l'invention, il est possible, outre le fait de réduire l'appauvrissement de la source solide de substance dopante, de rassembler en une seule phase opératoire deux phases opératoires très onéreuses du point de vue appareillage et temps, à savoir le revêtement de la surface du cristal semiconducteur avec la substance dopante et la fabrication des zones diffusées elles-mêmes. Comme dispositifs techniques auxiliaires, seuls sont nécessaires une centrifugeus centrale et un simple four tubulaire comportant un régulateur, bad original 71 0531Q * 2080612 et éventuellement un four à circulation continue. A titre d' exemple on a décrit ci-dessous et illustré schématique-m en t au dessin annexé un mode d'exécution du procédé selon l'invention. Les figures 1 à 4 montrent les diverses étapes de la fabrication d'une zone diffusée dans un corps semiconducteur en silicium en utilisant le procédé conforme à l'invention. La figure 1 montre la surface du corps semiconducteur recouverte par la laque contenant la substance dopante. La figure 2 montre une configuration de la couche de laque contenant la substance dopante. La figure 3 montre la seconde phase opératoire importante du procédé suivant l'invention, c'est-à-dire le dépôt de la couche contenant du silicium. La figure 4 montre le processus de traitement thermique à haute température et la structure obtenue après la diffusion. En figure 1, on part d'une pastille 1 de monocristal de silicium dopée du type ja. Sur toute la surface de cette pastille 1, servant de substrat, on dépose une couche de laque 2, constituée par un mélange de nitrocellulose et d'éther de buty-lacétate et dans laquelle est dissoute une fraction de 15 de trichlorure d'antimoine (SbCl^). La laque excédentaire présente sur la surface du corps semiconducteur est enlevée par centrifu-gation de sorte que la couche de laque 2, représentée en figure 1 , possède une épaisseur de 3 Ensuite le solvant de la laque est éliminé en cinq minutes par un traitement thermique à 100 - 130°C et on réalise , une structuration de la couche de laque contenant la substance dopante suivant les phases connues du procédé de la technique de corrosion photochimique. Cela s'effectue de faço-n très simple si on utilise, à la place de la laque de nitrocellulose, une laque photosensible dans laquelle le chlorure d'antimoine est dissous. Après la mise en oeuvre de la technique de la laque photosensible au cours d'une phase opératoire supplémentaire, ou de la façon décrite plus haut, se trouve réalisé le dispositif représenté en figure 2. La surface du substrat 1 en silicium est ainsi mise à nu à l'emplacement désigné par la référence 3- Les restes de la couche de laque sont encore désignés par la référence 2. Ensuite, comme le montre la figure 3> on dépose sur BAD OR1GINAJ, 71 05310 5 2080612 toute la surface une autre solution de laque de nitrocellulose dans l'éther de butylacétate, qui contient du diméthyl-dichlo-rosilane. Après étuvage de cette couche de laque à 100 - 130°C se trouve réalisée la couche de laque contenant du silicium et 5 désignée par la référence 4 en figure 3* Ensuite le dispositif complet est placé dans un four à haute température et est chauffé à une températui'e de 500°C, ce qui provoque, par suite de la décomposition thermique des constituants de la laque ainsi que du composé de la substance 10 de dopage, la formation sur la surface du substrat en silicium et en présence d'une atmosphère d'oxygène humide, d'une couche homogène de SiO^ qui empêche un appauvrissement de la source sous"jacente de diffusion, constituée par de l'antimoine, par diffusion d'antimoine dans la phase gazeuse. Lors du processus 15 de diffusion, qui se produit aussitôt après, -à des températures dépassant 900°C (selon la profondeur de diffusion recherchée dans le corps semiconducteur) pendant plusieurs heures dans une atmosphère d'oxygène et d'argon, l'antimoine peut seulement diffuser encore à l'intérieur du corps semiconducteur. Il appa-20 rait dans le substrat 1, comme représenté èn figure h, des zones de diffusion dopées du type n et désignées par la référence 5» tandis qu'à la surface du substrat subsistent une couche 6 constituée par du SiO^ ainsi qu'une couche mince 7 constituée par les oxydes de silicium et d'antimoine. 25 De la même façon, on peut également utiliser naturel lement d'autres composés de substance dopante, par exemple les chlorures de bore, de phosphore et d'arsenic comme substances dopantes, en combinaison avec une laque. ê 71 05310 6 2080612 REVENDICATIONS 1. Procédé pour fabriquer des composants à semiconducteurs, constitués notamment par du silicium comme matériau de base et présentant au moins deux zones possédant des types de conductivité différents et obtenues par diffusion, selon 5 lequel la diffusion des différentes zones s'effectue à partir de substances solides déposées à la surface du cristal semiconducteur et contenant la substance dopante, caractérisé par le fait qu'on dépose la substance dopante sous la forme d'un composé cjh.imiques dissous dans une laque, sur la surface du 10 cristal semiconducteur sur les zones prévues pour la diffusion, on évapore ensuite le solvant de la laque par étuvage, on dépose une solution contenant le composé de silicium, sur la couche de laque contenant la substance dopante, on enlève alors la laque par décomposition thermique et, au moyen du traitement 15 thermique, on forme à la surface du cristal semiconducteur, sous l'influence d'une atmosphère humide, une couche d'oxyde de la substance dopante avec une couche de SiO^ superposée, et on produit les zones ayant des types de conductivité différents par un processus ultérieur de diffusion en utilisant l'oxyde de 20 la substance dopante, recouverte par le SiO^, comme source de substance dopante/ 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on utilise, comme solution contenant le composé de silicium, une laque qui contient un composé du silicium, par 25 exemple du dimé.thyl-dichlorosilane [ 2 SiClJ , dissous avec une concentration élevée dans l'éther, 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on pulvérise, comme solution contenant le composé du silicium, une solution de tétrachlorure de silicium 30 (SiCl^). 4. Procédé suivant l'une des revendications 1, 2 ou 3 caractérisé par le fait que, pour fabriquer des zones dopées de façon sélective dans le corps semiconducteur, on dissout la substance dopante sous la forme d'un composé chimique dans une 35 laque photosensible, qui est à nouveau enlevée à l'aide de la technique de la corrosion photochirnique dans les zones qui ne sont pas à doper, 5o Procédé suivant l'une des revendications 1, 2, 3 ou h, caractérisé par le fait qu'on utilise, comme substances BAD ORIGINAL -t4 7 ? 0 p ^ fi 1 ^ 71 05310 -jcwOJ.^ dopantes, des composés de bore, de phosphore, d'arsenic et d'antimoine, 6. Procédé suivant l'une des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé par le fait que 1'-. teneur en composé 5 de substance dopante dans la solution de laque est réglée au maximum à 15 f. 7. Procédé suivant l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caractérisé par le fait qu'on utilise, comme solution de laque, une nitrocellulose dissoute dans de l'éther 10 de butylacétate. 8. Procédé suivant l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caractérisé par le fait que la solution de laque contenant la substance dopante est déposée avec une épaisseur avoisinant 3 à 5 ]i par pulvérisation ou par déversement en 15 pluie et par centrifugation. 9. Procédé suivant l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5,6, 7 ou 8, caractérisé par le fait que la solution de laque contenant le composé de silicium est déposée avec une épaisseur voisine de 1 y.. 20 10„ Procédé suivant l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9, caractérisé par le fait que la décomposition thermique de la laque ou des couches de laque est effectuée à environ 500°G pendant une durée d'au moins cinq minutes dans une atmosphère d'oxygène et d'argon. 25 11. Composant à semiconducteurs, notamment transistor au silicium du type pnp ou npn, caractérisé par le fait qu'il est fabriqué à l'aide d'un procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10. bad original