Brevet FR2059695A1 — publié le 19710604

La présente invention concerne des dispositifs semi-conducteurs, et plus particulièrement les contacts ohmiques pour dispositifs semi-conducteurs. Compte tenu du fait que la tendance actuelle dans l'industrie est de fabriquer des transistors à structura de moindre profondeur, le problème de 5 l'établissement de bons contacts ohmiques aux différentes régions de diffusion (par exemple émetteur, base et collecteur) devient de plus en plus aigu. L'un des facteurs qui affectent les contacts ohmiques aux régions de faible profondeur sst la pénétration excessive par la métallurgie des contacts laquelle se traduit soit par le court-circuitage des jonctions soit par l'intersection, 10 par le métal, du profil de l'impureté à basse concentration, provoquant ainsi une résistance de contact extrêmement élevée. Un autre facteur qui affecte les contacts ohmiques est la nécessité de nettoyer la surface de silicium avant métallisation afin de retirer tout oxyde résiduel, ce qui peut avoir pour résultat un décapage excessif de l'oxyde 15 de passivation protégeant la jonction et, par conséquent, un court-circuitage des jonctions lors d'une métallisation ultérieure. Ces problèmes sont très graves lorsqu'il s'agit de régions de diffusion "émetteur" de faible profondeur, particulièrement lorsque les dimensions de la fenêtre de contact et de la fsnitrs de diffusion sont identiques. 20 On a découvert dans le cadre de la présente invention que les contacts ohmiques pour dispositifs semi-conducteurs peuvent être améliorés sans aucune modification des différentes étapes du processus de fabrication jusqu'à et y compris la définition des trous de contact pour le dispositif définitif. Fondamentalement, la présente invention comporte la croissance épitaxiale d'une 25 couche fortement dopée (par exemple 0,01 ohm-cm), ce qui correspond à la plus faible résistivité qu'il soit possible d'obtenir - solubilité solide maximum, pour l'impureté de dopage particulière à laquelle on s'intéresse dans le semi-conducteur en matériau semi-conducteur monocristallin ou polycristallin sur les parties exposées d'une région, définie à l'intérieur des trous de 30 contact, suivie du dépôt, obtenu par des techniques de métallisation classique telle que 1°évaporation, d'une pellicule métallique sur la couche épitaxiale pour définir les contacts ohmiques aux régions. L'invention comporte également la modification du niveau de dopage de la couche de contact épitaxiale pour définir les éléments résistifs désirés pour 35 un circuit intégré dans le dispositif. Ces niveaux de dopage peuvent aller d'une résistivité de l'ordre de 0,01 ohm-cm, pour un renforcement pur des contacts, à une résistivité de l'ordre de 100 ohm-cm pour la formation d'éléments de haute résiittvité. Comme on peut le voir, l'adjonction de tels éléments résistifs aux régions de jonction de faible profondeur [par exemple 40 70 2632? 2 2059695 colles-ci. Inversement, dans le cas ds dispositifs classiques ayant normal®-ment des régions de jonction d'une profondeur plus grande, (par exemple > 1 micron), l'invention est caractérisée par la formation d'éléments résistifs originaux. Généralement,' selon les techniques classiques afférentes aux 5 résistances diffusées de valeurs élevées , la surface exposée de celles-ci peut être dopée pour diminuer la résistance du contact entre la métallisation et la couche épitaxiale. D"une façon générale, les valeurs résistives des éléments formés sont évidemment fonction de la résistivité de la couche épitaxiale, de l'épais-10 seur de la couche et de sa surface. Dans l'application ds l'invention à des jonctions de faible profondeur, la couche de contact est déposée par croissance épitaxiale en employant de préférence des procédés nécessitant l'utilisation de basses températures (par exemple En conséquence, l'un des objets de la présente invention est de fournir des dispositifs semi-conducteurs originaux. Un autre objet de l'invention est de fournir des contacts ohmiques origi-30 naux et améliorés pour dispositifs semi-conducteurs. D'autres objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de l'exposé qui suit fait en référence aux dessins annexés à ce texte, qui représentent un mode de réalisation préféré de celle-ci. La figure 1 représente uns coupe transversale d'un dispositif semi-conduc-35 teur fabriqué selon la présente invention. La figure 2A représente une coupe transversale d'une structure de transistor dans un dispositif semi-conducteur fabriqué conformément à l'invention. La figure 2B représente une configuration de circuits du dispositif de la figure 2A conforme à uns autrs réalisation de l'invention. 40 Sur la figure 1„ une pastills ou un substrat de matériau semi-conducteur 70 26327 3 2059695 monocristallin est référencé 1, et à titre d'exemple, il est représenté comme étant du silicium de type N dopé de façon appropriée par une impureté, telle que du phosphore, de l'arsenic ou autrB corps similaire, pendant sa croissance selon des procédés bien établis. De façon typique, le substrat 1 peut être 5 dopé avec le type de conductivité donné de façon à ce que sa résistivité varie entre environ 0,01 ohm-cm et environ 100 ohm-cm ou davantage. Toutefois, le type exact de conductivité et la résistivité exacte du substrat 1 ne sont pas critiques. Suivant une autre solution possible, le substrat, peut se composer d'une 10 structure composite formée en déposant par croissance épitaxiale (selon des techniques bien connues) sur une couche inférieure d'un type de conductivité donné, par exemple du type N, une couche épitaxiale supérieure du même type de conductivité ou de conductivltés opposée dopée de façon appropriée de manière à obtenir n'importe quelle résistivité désirée, par exemple dans la 15 gamme indiquée ci^dessus, soit d'environ 0,01 à environ 100 ohm-cm ou davantage). Normalement, comme le montre la figure 1, le substrat 1 possède une surface principale plane suffisamment importante pour permettre la fabrication de n'importe quel nombre désiré de régions actives. L'épaisseur du substrat est suffisante (par exemple > à environ 0,1270 mm) pour impartir le degré de 20 stabilité mécanique nécessaire à la structure. Bien que l'on n'ait représenté qu'une petite partie de la totalité d'une pastille ou d'un substrat semi.conducteur, il est évident que l'unité représentée peut être multipliée un grand nombre de fois sur la totalité d'une pastille qui, après fabrication, peut êtrB coupée en blocs comportant chacun 25 un ou plusieurs dispositifs. Bien qu'un nombre quelconque de configurations du dispositif puisse être formé à l'intérieur du substrat, on s'est contenté, afin de simplifier la description de l'invention sous son aspect le plus général, de représenter une seule région de diffusion 2 d'un type de conductivité opposé, par exemple 30 du type P, pour former une jonction PN avec les parties périphériques de type N du substrat 1. La région 2 peut être formée en utilisant des techniques classiques de masquage avec oxyde et de diffusion. C'est ainsi que dans le cas d'un substrat 1 de silicium, la totalité de la surface active du substrat peut être recouverte d'une couche d'oxyde, par exemple en formant génétiquement 35 une couche 3 d'oxyde de silicium (par exemple SiO^) sur le substrat 1. Le masque de diffusion désiré est obtenu à l'aide de techniques classiques de produits photo-résistants et de décapage pour définir les ouvertures ou fenêtres 4Ète diffusion sur la partie de la surface de la pastille 1 dans laquelle la région de diffusion 2 doit être formée. Lors d'une étape ultérieure, 40 ia région de type P est formée en diffusant dans le substrat 1 de type N, par 70 26327 4 2059695 les ouvertures de masque 4, des Impuretés de type "accepteur" appropriées telles que du bore. Un choix judicieux de 1'impureté utilisée pour la diffusion de la région 2 permet d'obtenir facilement et d'une façon reproductible une vaste gamme de résistivités de surface, par exemple d'environ 0,001 à 5 environ 100 ohm-cm ou plus. La région 2 peut d'une façon typique, être caractérisée par une résistivité de surface d'environ 0,01 ohm-cm pour les besoins du présent exemple. La profondeur spécifique de jonction de la région 2 n'est pas critique dans le cas des applications Incorporant des.éléments de résistance conformément 10 à la présente invention. Toutefois l'invention comporte également des contacts ohmiques renforcés à des structures à jonctions de faible profondeur, et pour de telles applications, l'invention présente une utilité particulière dans le cas des dispositifs ayant des régions de diffusion dont les profondeurs de jonction sont de l'ordre d'environ 10 000 angstroms ou moins, comme mentionné 15 ri-après. La structure représentée sur la figure 1, comprend un masque de contactfinal et de passivation 3, par exemple, un dioxyde de silicium, qui peut facultativement comprendre le masque de diffusion employé pour la formation de la région 2, lequel peut de préférence être obtenu en reformant une couche 20 d'oxyde sur la surface du substrat 1 suivie du décapage sélectif de la couche d'oxyde reformée selon des techniques classiques de produits photo-résistants et de décapage pour former une ouverture, par exemple 4, définissant le trou de contact final désiré à la région 2, L'épaisseur de la couche de passivation de dioxyde de silicium peut varier considérablement, par exemple de 1000 à 25 20 000 angstroms, mais pour les besoins du présent exemple, peut être de l'ordre de 10 000 angstroms (1 micron). Les dimensions et la forme exacte de l'ouverture 4 sont normalement fonction de la résistance désirée pour une couche épitaxiale ultérieure 5 que l'on fait croître sur la région de diffusion 2. Comme le'montre la figure, l'ouverture de contact 4 se trouve entière-3° ment comprise .à l'intérieur de la région 2. Pour les besoins de l'explication, le trou de contact 4 peut, dans le présent exemple, être formé à l'intérieur d'une zône de 100 microns carrés, par exemple 10 microns par 10 microns. Au cours de l'opération suivante, on fait croître la couche épitaxiale 5 de même type de conductivité que la région 2 par exemple du type P, à 35 l'intérieur du trou de contact 4 pour recouvrir les parties exposées de la surface de la région 2. Conformément à la présente invention, l'épaisseur de la couche épitaxiale 5 peut varier dans une plage relativement importante, par exonple d'environ 500 à environ 20 000 angstroms mais est normalement fonction de la résistance totale désirée pour la couche-épitaxiale 5 compte tenu de sa surface, de sa résistivité et du degré de pénétration par la 70 26327 5 2059695 métallisation ultérieure. Pour les besoins du présent exemple, l'épaisseur de la couche épitaxiale 5 est d'environ 2500 angstroms ou 0,25 micron. N'importe lequel des procédés bien connus de croissance épitaxiale concernant le silicium peut être employé relativement aux régions de diffusion 2 5 formées de façon classique et de profondeur relativement plus importante, par exemple > à 10000 angstroms. Par exemple, la région de diffusion 2, étant du type P, le dépôt épitaxial peut être utilisé pour ppliquer une couche dopée également de type P à partir de tétrachlorure de silicium et de gaz d'hydrogène comportant la quantité requise de dopant du type P, tel que le bore, 10 pour fournir la résistivité désirée dans la couche définitive. Toutefois, dans le cas des jonctions de faible profondeur, par exemple d'environ 10 000 angstroms ou moins, la couche épitaxiale 5 est formée de préférence suivant des procédés qui ne nécessitent le chauffage du substrat que jusqu'à des températures inférieures à environ 800°C afin de réduire au 15 minimum le mouvement de la jonction. Un procédé typique de dépôt épitaxial de couches polycristallines à monocristallines comporte la réduction de la silane (SiH^) par décomposition pyrolitique à des températures variant entre 500°C et environ 1150°C ou par le procédé décrit dans le paragraphe précédent. En général, on poursuit l'opération de dépôt jusqu'à ce qu'une épaisseur 20 prédéterminée, par exemple 2500 angstroms ou 0,25 micron comme indiqué ci-dessus, de matériau semi-conducteur, par exemple du silicium, soit déposée à l'intérieur de l'ouverture 4 sur la surface exposée de la région 2. Comme on l'a mentionné, le matériau semi-conducteur ainsi déposé peut être dopé jusqu'à obtention d'un type de conductivité et de résistivité 25 prédéterminés par introduction de l'une des sources de dopage connues dans les gazs épitaxiaux en cours de dépôt. Par exemple, pour former un matériau semi-conducteur de type P, une impureté de dopage telle que le bore peut être utilisée, et pour les matériaux semi-conducteurs de type N, une impureté de dopage telle que le phosphore ou l'arsenic convient. Une vaste gamme 30 de résistivités peut être obtenue en modifiant la concentration de l'impureté de dopage introduite dans l'atmosphère épitaxiale. Par exemple, afin d'obtenir des contacts renforcés à des régions de faible profondeur (10 000 angstroms ou moins), la couche épitaxiale 5 peut être déposée par croissance épitaxiale avec une résistivité de 0,001 ohm-cm. De même pour la formation de résistances 35 conformément au second aspect de la présente invention, la résistivité de la couche épitaxiale peut varier entre 0,01 et 100 ohm-cm. La réalisation du dispositif de la figure 1 se termine par le ddépôt d'une pellicule métallique 6, par exemple en aluminium sur la couche épitaxiale 5 pour définir un contact à celle-ci. Par exemple, une pellicule métallique 40 peut être déposée sur le substrat suivant n'importe quelle méthode commode telle 70 26327 6 2059695 que pulvérisation, évaporation ou plaquage, puis être décapée sélectivement à l'aide de techniques photolithographiques de manière à former le contact 6. La couche épitaxiale 5 étant disposée sur une région de jonction de faible profondeur 2, la pellicule métallique 6 peut être alliée à la couche épitaxiale 5 5 pour fournir un contact satisfaisant à la région de diffusion 2. L'un des avantages que l'on obtient en déposant une couche épitaxiale 5 sur une région de jonction de faible profondeur 2, est que la couche épitaxiale permet un alliage plus poussé sans qu'il y ait pénétration des parties de plus faible concentration du profil de diffusion de la région 2, ce qui pourrait avoir 10 pour conséquence indésirable unç résistance de contact élevée. De plus, la présence de la couche épitaxiale 5 donne davantage de latitude quant au temps de décapage avant métallisation pour retirer les oxydes résiduels qui normalement pourraient entraîner unùécapage excessif de la pellicule de passivation 3 en oxyde protégeant la jonction en 7, avec court»circuitage ultérieur de la 15 jonction en cours de métallisation. La figure 2A représente une autre réalisation de la présente invention visant à incorporer des éléments résistifs à des dispositifs semi-conducteurs. Cette réalisation représente un dispositif semi-conducteur intégré qui comprend une partie d'une pastille de substrat semi-conducteur monocristallin 10, consti-20 tué de façon typique par du silicium. Le substrat peut comprendre une couche inférieurs 11 de type P sur laquelle est déposée par croissance épitaxiale une couche 12 de type N. Une couche de passivationet de contact 13 en dioxyde de silicium recouvre la surface supérieure exposée de la couche épitaxiale 12; la couche 13 peut comprendre le revêtement d'oxyde employé au cours de 25 l'opération finale de diffusion lors de la fabrication d'un transistor à partir du dispositif. Le transistor comporte une région "collecteur" 14 qui comprend une partie de la couche épitaxiale 12 de conductivité de type N. Le transistor comprend également une région de diffusion "base" 15 de conductivité de type P et d'une 30 région "émetteur" 16 de conductivité du type N qui, conformément à l'un des aspects de la présente invention, peut comprendre une région de jonction de faible profondeur. La région "base" 15 et la région "émetteur" 16 sont formées suivant des techniques de diffusion bien connues qui comportent la formation d'une couche d'oxyde en conjonction avec une opération de produit photo-ré-35 sistant et de décapage pour retirer de façon sélective la couche d'oxyde sur la partie du substrat dans laquelle les régions de diffusion doivent être formées, diffusion faite à partir d'une atmosphère à impureté entrainée et, le cas échéant, la répétition de ces opérations pour former les régions actives désirées, qui, dans la figure 2A, comprennent la région "base" 15 40 et la région "émetteur" 16. 7 2059695 70 26327 On dépose par croissance épitaxiale, selon le nombre d'opérations requis, sur chacune des régions "collecteur", "base", et "émetteur" 14, 15 et 16, dans leurs trous de contact correspondants 17, 18 et 19, les couches épitaxiales respectives 20, 21, et 22. L'incorporation de l'une quelconque des couches 5 épitaxiales 20, 21 et 22 est facultative et dépend des exigences de la conception du dispositif désiré. En général, le dépôt par croissance épitaxiale de la couche 21 sur la région "base" 15 est effectué en tant qu'opération séparée, alors que le dépôt- dans les mêmes conditions des couches "collecteur" 20 et "émetteur" 22 peut être effectué soit simultanément, soit lors d'opé-10 rations séparées en fonction des résistivités relatives requises. Comme on l'a mentionné ci-dessus n'importe laquelle des couchesépitaxiales peut être soit omise, soit servir à incorporer des éléments résistifs et/ou à renforcer les contacts ohmiques à une région de jonction de faible profondeur qui peut, par exemple, caractériser la région "émetteur" 16 conformément aux 15 exigences de la conception du dispositif. La réalisation de la structure représentée se termine par une phase de métallisation au cours de laquelle un matériau conducteur tel que de l'aluminium est déposé sur le substrat et retiré de façon sélective par des techniques de produits photo-résistants et de décapage de manière à constituer les 20 contacts 23, 24, et 25 pour le collecteur, la base et l'émetteur respectivement du transistor. La configuration de circuit du dispositif de la figure 2A est indiquée dans la figure 2B, dans laquelle les couches épitaxiales 20 et 21 sont représentées comme étant respectivement, la résistance "collecteur" CRC) 20A, la 25 résistance "base" CRB) 21A et la résistance "émetteur" CRE) 22A dont les valeurs seront déterminées par les résistivités de leurs couches épitaxiales corres pondantes. illustrée dans la table ci-dessous par une variation correspondante des résis-30 tivités des couches 20, 21, et 22 respectivement déposées par croissance é-pitaxiale sur les régions collecteur, base et émetteur. Pour les besoins de cette description, le dispositif de la figure 2A est caractérisé par une couche de passivation en dioxyde de silicium de 10 000 angstroms (1 micron), par des ouvertures de contact de 0,1270 mm par 0,1270 mm et 0,0254 mmpar -4 2 -4 2 35 0,0254 mm (par exemple 1,69 x 10 mm et 6,25 x 1D mm, respectivement) et par un dépôt épitaxial de 2500 angstroms pour chacun des trous de contact 17, 18 et 19 des régions correspondantes "collecteur", "base", et "émetteur" 14, 15 et 16, Les valeurs de résistance sont calculées à l'aide de l'équation suivante : La variation sélective des résistances 20A, 21A et 22A, est 40 70 26327 8 2059695 dans laquelle P est la résistivité des couches épitaxiales, L est l'épaisseur de ces couches (par exemple 2500 angstroms) et A est la surface de la couche épitaxiale ou de l'ouverture qui lui est afférente (par exemple 25 microns carrés et 100 microns carrés) •« 5 Elément de résistance Surface de la couche Résistivité de la couche épitaxiale (microns épitaxiale (ohm-cm) carrés) 0,01 . 0,1 1,0 10 100 10 RC-20A 25 1 10 100 1K 10K n ■100 100 2,5 25 250 2,5K RB-21A 25 1 10 100 1K 10K n 100 100 2,5 25 250 2,5K RE-22A 25 1 10 100 1K 10K 15 tl 100 100 2,5 25 250 2,5K Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins les caractéristiques essentielles de l'invention, appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles 20 sans pour autant sortir du cadre,de la portée de la présente invention. 70 26327 9 2059695 REVENDICATIONS 1. Dispositif semi-conducteur comprenant un substrat semi-conducteur, un revêtement isolant sur la surface de ce substrat ayant une ouverture permettant l'expssition d'une partie de cette surface,une région d'un type donné de conductivité dans le substrat s'étendant au moins sous l'ouverture et 5 adjacente à la surface caractérisé en ce qu'il comprend : une couche épitaxiale, du type donné de conductivité, dans l'ouverture, s'étendant sur la partie de la surface exposée, et contigiie avec la région du même type de conductivité, un film métallique sur cette couche définissant un contact ohmique 10 à ce dispositif. 2. Dispositif semi-conducteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la couche épitaxiale a une résistivité qui ne dépasse pas la résistivité de la région. 3. Dispositif semi-conducteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que 15 la couche épitaxiale a une résistivité supérieure' à la résistivité de la région. 4. Dispositif semi-conducteur selon l'une des revendications 1,2,3 caractérisé en ce que la région du type donné de conductivité est limitée par une jonction avec une région du substrat semi-conducteur contigûe et du type de conducti- 20 vité opposée. 5. Dispositif semi-conducteur comprenant un substrat semi-conducteur mono-cristallin, un revêtement isolant sur la surface de ce substrat ayant une ou plusieurs ouvertures permettant l'exposition d'une partie de cette surface, une ou plusieurs régions dans le substrat de l'un ou de l'autre type de 25 conductivité s'étendant chacune sous l'une au moins des ouvertures et adjacentes à la surface caractérisé en ce qu'il comprend : dans l'une ou plusieurs des ouvertures, une couche épitaxiale, s'étendant sur la partie de surface exposée par l'ouverture, contigûe avec la région sous-jacente à l'ouverture la contenant, et du même type de con-30 ductivité que celle-ci, un film métallique sur chacune de ces couches définissant un contact ohmique à la région sous-jaoente. 6. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que une ou plusieurs 70 26327 10 2059695 couches épitaxiales ont une résistivité qui ne dépasse pas la résistivité de la région qui leur est sous-jacente. 7. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que une ou plusieurs couches épitaxiales ont une résistivité supérieure à la résistivité de la 5 région qui leur est sous-jacente. . 8. Dispositif semi-conducteur selon l'une des revendications 5,6,7, caractérisé en ce que ce dispositif est une diode. 9. Dispositif semi-conducteur selon l'une des revendications 5,6,7 caractérisé en ce que ce dispositif est un transistor. 10 10. Procédé de fabrication de dispositifs semi-conducteurs comprenant la réalisation dans un substrat semi-conducteur d'une ou plusieurs régions de l'un ou l'autre type de conductivité adjacentes à la surface du substrat, l'établissement d'un revêtement isolant sur la surface de ce substrat comportant une ou plusieurs ouvertures disposées sur une ou plusieurs des 15 régions pour exposer des parties de celles-ci, caractérisé en ce qu'il comporte en outre les étapes suivantes : croissance épitaxiale dans une ou plusieurs des ouvertures d'une couche s*étendant sur la partie de surface exposée par l'ouverture, contiguë avec la région sous-jacente à l'ouverture la contenant, et du même type de 20 conductivité que celle-ci, et dépôt d'un film métallique sur chacune de ces couches définissant un contact ohmique à la région sous-jacente.