Brevet FR2080611A1 — publié le 19711119

La présente imention concerne un procédé de fabrication de composant'; à semiconducteurs, avant particulièrement le silicium comme mat-'riau de base, et présentant au moins deux zones de types de conductivité différents produites par diffusion, d^ns lequel la diffusion des différentes zones est réalisée au moyen de substances solides contenant la substance dopante, et est appliquée sur la «surface de cristal semiconducteur . Le recouvrement de plaques de cristal de silicium avec une substance dopante pour la fabrication de composants à semiconducteurs, on vue d'une diffusion, est généralement réalisé dans un four, dans une atmosphère remplie avec la substance dopante. Le nombre des plaques de cristal pouvant être recouvertes simultanément au cours d'une même opération, est plus ou moins limité par l'écartement que. les plaques doivent avoir entre elles, en fonction de la régularité exigée pour le revêtement. Pour des composants à semiconducteurs à puissance élevée, ou pour des composants à se:nicondncteurs dont un grand nombre sont disposés sur une plaque de cristal, cette opération est donc très onéreuse, puisqu'on ne x5eut rec ouvrir sinul t an 'rn Par le brevet allemand 1.046.785 on connaît un proc^df' sous la dénomination "Paint-on" mieux approprié pour la fabrication de composants à semiconducteurs de grande surface, puisque sa réalisation est moins c'rère et n'exige pas une mise en oeuvre trop importante. Dans ce procédé on applique, sous forme de pâte, sur la sur-face de cristal semicondu teur, un composé vitrifiable connu en soi, et contenant la substance dopante, puis on le "sèche et on le diffuse dans la surface . De ce fait , il se produit sous la glaçure dans la surface de cristal senicondueteur, une zone ayant le type de cnnductivité correspondant de la substance dopante. Ce procédé présente l'inconvénient que sir une face de la plaine de cristal semiconducteur, on ne peut produire qu'un dopage du tyoe -n ou un dopage du type —n, et s comme cela est souvent nécessaire dans In fabrication de transistors et de circuits de commutation intégrés. Un outre, BAD ORIGINAL 71 05307 2 2080611 avec le procédé "Paint-on", on obtient très scmvent des composants avec grande dispersion des paramètres électriques ppr suite de l'utilisation de la pâte. L'invention a pour but de résoudre, de façon simple p et rationnelle, le problpme de fabrication de conposants: à semiconducteurs diffusés, en particulier de sili-ciun, avec des zones juxtaposées ayant une c on d activité différente, par l'utilisation de substances solides contenant la substance dopante, et appliquées sur la surface de cristal semiconducteur. 10 Oe but est atteint suivant l'invention, par le fait qu'on utilise co-ome substance solide au moins une couche de nickel pourvue du composé de substance dopante correspondante, que la combinaison nickel-substance dopante agissant comme substance dopante, est pulvérisée sur les zones de la surface >5 de cristal semiconducteur prévues pour la diffusion. en utilisant une laque contenant en solution la combinaison nickel-substance dopantes que le solvant de la laque s'évapore par étuvage et que la laque est. enlevée par décomposition thermique de sorte qu'il se forme sur la surface du cristal semiconducteur une solution solide de nickel et de substance dopante, par pyrolyse simultanée de la combinaison nic-kel-s'i'ostance dopante, et que les zones de types de conduc tivité différents sont produites par un processus de diffusion eu utilisant comme source de substance dopante, la coudre de -5 nickel pourvue de la substance dosante adéquate. Dans le cadre de l'invention on prévoit d'appliquer avec la couche de nickel, comme -composés de substances dopantes, les composés de bore, phosphore, arsenic et antimoine. Cône substances dopantes pour la production d'une zo3ie dopée du 3C type -n, on utilise avantageusement des combinaisons de nickel-phosph î ne , par exemple nickel-dicarbonyle-bi .strxbutyle- phcaphine Ni (Co)„ P (C.^11^)^)^, et pour la production d'une zone dopante du type -p, des cr.mb limitons ni ckel-bore-alcoyl e Ni (CrV.C^'I K..B. Il s'est, avéré dans ce cas suffisant de ' ^ i p I y ■ *£ 35 doser la teneur en substance dopante dans la couche" "d'è niolrel, -de telle- frçon qu'elle, ne1 dépasse pas j^. Suivant un perfpctionne~eut de • 1 ' invorti-i--. -, ôr prévoit î'uti'i -er comme solution de laque, miè ihitrocellulose dissoute ilnns \ ' ôtier butylacctiqûe .. .3e-loh Un èxempl e'de--'fO réalisrtirn de l'invention, la- laque contenant là.5 combi na.i-on BAD ORIGINAL 71 05307 3 2080611 de substance dopante èt de nickel, est appliquée en une couche ayant une épaisseur comprise entre 1 et 5 p» Dans la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, on peut également utiliser une laque photosensible à 5 la place de la laque de nitrocellulose, ce qui permet, après exposition à la lumière et développement de la laque photosensible, d'obtenir une structuration quelconque des zones à diffuser dans le corps semiconducteur. Suivant un exemple de réalisation, la pyrogénation 10 de la laque, ou la pyrolyse de la combinaison nickel- substance dopante, est réalisée à au moins 150°C pendant une durée d'au moins cinq minutes, dans une atmosphère contenant de l'oxygène et de l'argon. Le procédé suivant l'invention, permet de grouper 15 deux opérations exigeant individuellement une grande mise en oeuvre au point de vue appareillage et demandant beaucoup de temps, en l'occurence le recouvrement de la surface de cristal semi-conducteur avec la substance dopante, et le dopage du corps semi-conducteur lui-même. En outre, les temps de dopage 20 sont considérablement réduits, ce qui se répercute favorablement sur les paramètres électriques des composants à semiconducteurs à fabriquer. Un autre avantage du procédé suivant l'invention consiste dans le fait qu'un revêtement de nickel est réalisé 25 simultanément avec le dopage, de sorte que lors de la diffusion qui suit, la durée de vie des porteurs de charge minoritaires reste beaucoup plus élevée que sans nickel. En outre, la formation ultérieure des contacts non-redresseurs des différentes zones, se trouve sensiblement facilitée. 30 A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous, et illustré schéraatiquement au dessin annexé un mode d'exécution du procédé suivant l'invention. Les figures 1 à k présentent le processus de fabrication d'une zone diffusée dans un substrat de corps 35 semiconducteur composé de silicium. La figure 1 représente le revêtement de la surface avec la laque contenant la combinaison nickel-substance dopante. La figure 2 présente la structuration de la couche de laque, par l'utilisation de la technique photographique. tyO Les figures 3 et 4 présentent l'opération à tempéraBAD ORIGINAL 71 05307 h 2080611 ture élevée ainsi que la phase fin processus de diffn.sion proprement dite. Dans la figure T, on part d'une plaque de cristal de silicun 1 dopée du type -p. Sur la surface de c.-tte plaque 5 de cristal de silicim 1, on pulvérise une laque photosensible 2, contenant dn nickel-dicarbonyle-bistr.ibntyle-phosphine dissout n concentration élevée (environ 15 /')• Une fois la laque excédentaire enlevée^ on réalise une brève opération d'étuvage à 10C°-120°C, au cours de laouelle la laque est libérée iO de résidus de solvant. Il reste alors sur la surface du substrat 1, une couche de laque 2 d'une épaisseur d'environ 1 p. Comme représenté en figure 2, le dispositif est alors libéré de la couche de laque photosensible 2 dans ime 15 zone dé-ter^inée 3» en utilisant la technique connue de corrosion photochimique. Ensuite, comme présenté en figure 3, on réalise à 500°C, la pyrogénation des couches de laque photosensible restantes, da^s une atmosphère oxygène-argon, ce qui laisse 2C subsister n la surface du substrat de silicium 1, des couches métalliques 'i , composées ti 'une solution solide de phosphore dans du nickel, puisque simultanément avec la pyrogénation de I.-- laque, il se produit également une pyrolyse de la combinaison nickel-substance dopante. ^5 Ces couches de niclcel 4 co-ntenant du phosphore, servent de. sources de substances dopantes, lors de la diffusion réalisée immédiptement après dans le même four, à des températures supérieures à yOÇ°C (suivant la profoncleiir de diffusion) dans une atmosphère d'argon. Il en résulte ainsi l'image en 30 coupe présentée en figure •'+, dans laquelle on désigne par la référence 5» les zones dopées du type -n produites lors de In diffusion dans le substrat de silicium 1 dopé du type -p, tandis qu'on désigne oar 6, le= couches de nickel-phosphore restée" sur la surface du suï,strat, avec les zones 35 diffusées. Bien c-nt»! du, on peut produire «le la même "an i ère, une zone dop e -n, en utilisant des combinaisons adéquates nickel-bore-alcoyle. De même, il est possible d'utiliser comme solution de laqtie tC peur ces combinaisons, de la nitrocellnlose dissoute dans BAD ORIGINAL 71 05307 5 2080611 l'cther bu tylacotate, de l'applique!- ~ur toute la surface, et en cas de besoin, recourir à une opération de pliotogravure conpl é.uentaire. En outre, ou peu t également rt'al iser des roncs juxtaposées .?i diffuser si-nil taiié-iont , ;i}'aiit un type de conduc-tivité différent, en par-tant re spec t i v e- ien t d'une solution de laque *né langée avec une combinai sou nic'rel-phosphine, et avec une combinaison nicVel-bore-j^lcoyl , qui «ont appliquées s u cc e s s i venen t sur- la surface de semi conducteur, eu utilisant la technique de corrosion plio t oclii • -ique . BAD ORIGINAL 71 05307 6 208061Î REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de composants à semiconducteurs, ayant particulièrement le silicium comme matériau de base, et présentant au moins deux zones de type de conducti-vité différents, produites par diffusion, dans lequel la diffusion des différentes zones est réalisée au moyen de substances solides contenant la substance dopante, et est appliquée sur la surface de cristal semiconducteur. 2„ Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on applique avec la couche de nickel comme composé de substances dopantes, les composés de bore, de phosphore, d'arsenic et d'antimoine. 3. Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que pour la production d'une zone dopée du type -n, on utilise comme substances dopantes, des combinaisons de nickel-phosphine par exemple nickel-dicarbonyle-bistributyle-phosphine Ni(00)2(P(C^Hg)^)2• 4. Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que pour la production d'una zone dopante du type -p,on utilise des combinaisons nickel-bore-alcoyle par exemple 3 (bore de biphénile)1.4-nickel-diazo-butadienne dicarbonyle NifCO^O-^H^g^B. 5. Procédé suivant l'une des revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé par le fait que la teneur en substance dopante dans la couche de nickel est réglée à un maximum de 5$. 6. Procédé suivant l'une des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé par le fait qu'on utilise comme solution de laque une nitrocellulose dissoute dans l'éther butylac é ti que. 7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé par le fait qu'on utilise comme laque, une laque photosensible. 8. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caractérisé par le fait que la laque contenant la combinaison nickel-substance dopante, est appliquée avec une épaisseur d'environ 1-5fi. 9. Procédé suivant l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caractérisé par le fait que la pyrogénation de la laque ou la pyrolyse de la combinaison nickel-substance bad original 71 05307 7 2080611 dopante est effectuée à au moins 15G°C, de préférence 500°C, pendant une durée d'au moins 5 minutes, dans une atmosphère oxygène-argon. 10. Composant à se-'i-conducteurs, en particulier transistor au silicium du type pnp ou npn, fabriqué selon 6 un procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9. BAD ORIGINAL *