Brevet FR2083421A1 — publié le 19711217

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un dispositif à transistor, en particulier constituée par du sili-cium, avec une zone d'émetteur produite par une diffusion d'atomes activeurs dans un semiconducteur à travers un masque, 5 dans laquelle au moins la jonction pn émetteur-base est recouverte par les parties restantes de la couche isolante utilisée comme masque de diffusion lors de la fabrication de la zone d'émetteur et dans laquelle finalement la partie de la surface du semiconducteur recouverte par l'électrode d'émetteur et 10 limitée par la couche isolante, est identique à la partie de la surface semiconductrice non recouverte par le masque de diffusion au cours de la réalisation de la zone d'émetteur. XI peut s'agir en outre d'un transistor isolé ou d'un transistor associé-à d'autres éléments dans un corps semiconducteur 15 unique, en particulier dans un circuit intégré. La fabrication de transistors planar (par exemple décrite dans "Post Office of Electrical Engin". Volume 56 (janv.196^) Nr k pages 239-2^3) conduit, comme on le sait, à un transistor avec une zone d'émetteur en forme de cuvette, 20 fabriquée par diffusion, encastrée dans une partie plane d'un corps de silicium monocristallin, laquelle zone est entourée par une zone de base de conformation semblable. Les jonctions p-n sont recouvertes par les parties restantes du masque de diffusion. Etant donné -que celui-ci est d'une manière générale 25 constitué par un matériau isolant, de préférence de SiO^, elles restent sur la surface semiconductrice et servent comme couche de protection pour l'élément achevé. La fabrication d'un tel transistor planar se caractérise par le fait que la concentration brute en 30 activeurs est maximale dans -la zone d'émetteur et est minimale dans la zone de collecteur, formée à partir du matériau d'origine du cristal de départ. D'autre part, on règle la concentration nette en dopant au minimum dans la zone de base et au maximum dans la zone d'émetteur. Gomme matériau de 35 contact pour l'émetteur et pour la base on utilise de préférence, pour différentes raisons, l'aluminium. Cependant on doit ensuite, dans le cas de l'établissement d'un contact sur une zone n, veiller à ce que la concentration en donneurs reste aussi supérieure dans la zone de silicium touchant immédiatement ko l'aluminium, à la concentration des atomes d'aluminium nui se COPY 71 09677 2 2083421 dissolvent dans le silicium pendant la fixation de l'électrode d'aluminium et qui se comportent électriquement comme des * accepteurs. Avant l'établissement des contacts proprement dits, 5 les parties superficielles des zones de l'énetteur et de la base destinées à l'établissement des contacts sont débarassées d'une manière définie de la couche contenant le SiOg qui recouvre en général ces parties superficielles. Pour cela on utilise un masque de laque photosensible qui est fabriqué de telle 10 sorte qu'il laisse à nu uniquement les parties superficielles choisies pour l'établissement des contacts. Ces parties superficielles sont ensuite débarrassées de la couche d'oxyde adhérente à l'aide de l'acide fluorhydrique dilué. La surface du silicium mise à nu est alors à présent pourvue d'une 15 métallisation, de préférence à l'aluminium, qui peut être déposée de préférence, par vaporisation, mais le cas échéant d'une autre manière par pulvérisation cathodique ou par galvanisation-. Cette métallisation peut être limitée à priori 20 aux zones de contacts de la zone d'émetteur et de la zone de base. On utilise alors un masque correspondant qui, de façon.appropriée, est également constitué par de la laque photosensible. Le cas échéant on peut dans ce but se servir du 25 masque de protection contre la corrosion, utilisé précédemment pour l'élimination de l'oxyde des zones de contacts. Il est évident que la température du traitement doit alors être réglée à une valeur assez faible pour que le masque photosensible ne soit pas détruit. 30 Mais autrement on peut, après la mise à nu des zones de contact, recouvrir toute la surface de la structure par une couche métallique pour à nouveau l'enlever par corrosion aux endroits où elle ne sert à rien à l'aide d'un masque de protection contre la corrosion, constitué par de 35 la laque photosensible. En plus des zones de contact de telles zones peuvent également exister sur la couche isolante en SiOg ou autre, recouvrant la structure restante, afin que soit satisfaite, dans le dispositif achevé, la condition d'existence d'un écran de protection, d'une électrode de stabilisation ko ou d'une voie conductrice reliant les électrodes proprement 71 09677 3 2083421 dites et établissant le contact avec elles. Dans le cas de transistors destinés à un fonctionnement en très hautes fréquences, on rend la surface de la jonction pn émetteur—base aussi petite que possible afin d'obtenir pour cette jonction une capacité aussi faible que possible. Ceci signifie une fenêtre de diffusion étroite pour l'émetteur dans la couche de masquage en SiÛ2 avec une largeur ou un diamètre inférieur à h ji et une profondeur de pénétration de l'émetteur ayant une valeur d'un ordre"'de grandeur de 10 'm. Avec de telles yde servant de masque la fenêtre de diffusion, utilisée auparavant lors de la fabrication de l'émetteur, afin d'obtenir la possibilité d'établir un contact pour la zone d'émetteur. Pour cette raison, dans de tels transistors la surface du silicium recouverte par l'électrode d'émetteur est identique à la surface dans laquelle l'activeur dopant l'émetteur a été auparavant incorporé par diffusion dans le domaine de l'émetteur. avec un transistor ayant un tel émetteur, il est inopportun, comme cela à été reconnu conformément à l'invention, d'établir simultanément les contacts de la zone de base et la zone d'émetteur, comme cela se fait habituellement. Il faut dire que la profondeur de pénétration de l'électrode de base qui est nécessaire pour fabriquer un contact de base non redresseur conduit, lors de la fabrication simultanée, par ailleurs avantageuse de l'électrode d'émetteur et de l'électrode de base, a une profondeur de pénétration de l'électrode d'émetteur équivalente, qui peut facilement causer une détérioration de la jonction p-n émetteur-base et qui est la cause de pertes notables lors de la fabrication. C'est pourquoi il est avantageux de réaliser le contact émetteur seulement après la fin de la fabrication de l'électrode de base. vention que tout d'abord l'électrode de base soit reliée à la zone de base à l'aide d'un processus métallurgique et qu'ensuite seulement le métal de l'électrode d'émetteur soit déposé sur la zone d'émetteur. On arrive alors à réduire est alors forcé d'ouvrir à nouveau complètement dans Cependant lors de l'établissement des contacts C'est pourquoi il est proposé conformément à 1'in- 71 09677 4 2083421 considérablement les rebuts de fabrication et à améliorer de façon remarquable les caractéristiques électriques des structures à semiconducteurs fabriquées, car de toute façon les traitements thermiques nécessaires lors de la fabrication 5 de l'électrode de base n'ont plus aucune influence sur l'établissement du contact de l'émetteur. Pencant le dépôt et pendant le processus métallurgique (incorporation par alliage ou par frittage) nécessaire pour l'obtention du contact de base non redresseur 10 il est indiqué de recouvrir totalement la zone d'émetteur. C'est pourquoi, dans le procédé conforme à l'invention, seule la zone de contact de l'électrode de base est tout d'abord, avantageusement débarrassée de la couche d'oxyde adhérente, ensuite le métal de l'électrode de base et 15 éventuellement des voies conductrices prévues, des écrans, etc... est déposé sur toute la surface et finalement la forme géométrique de ces contacts, voies conductrices etc... est élaborée à l'aide d'une technique de corrosion à la laque photosensible, laquelle utilise un agent corrosif, 20 qui n'attaque pas la surface du silicium et le SiOg la recouvrant. Ensuite seulement l'oxyde sur la fenêtre de diffusion de l'émetteur, lequel provient encore de la diffusion de l'émetteur, est éliminé et cela totalement, et 25 enfin le contact de l'émetteur est déposé suivant l'invention Il n'est peut être pas surperflu, de signaler que les diffusions courantes dans la technique planar, sont effectuées à partir de la phase gazeuse ou de la phase vapeur le plus souvent au moyen des phases intermédiaires des 30 oxydes des éléments dopants. C'est pourquoi une oxydation a aussi lieu sur la partie de la surface du silicium non recouverte par le masque qui, le cas échéant peut ehcore être renforcée par l'utilisation d'un gaz entraîneur oxydant pour le dopant. En tous 35 cas une zone d'émetteur est présente normalement au début du procédé conforme à l'invention, laquelle est recouverte sur ses bords avec une couche de masquage plus épaisse et sur sa partie interne avec une couche d'oxyde beaucoup plus mince. Afin d'établir le contact avec cette zone d'émetteur 40 on doit enlever par corrosion la partie la plus mince 71 09677 5 2083421 de la couche d'oxyde de façon à ce que précisément la partie de la surface du silicium, utilisée précédemment lors de la fabrication de l'émetteur comme porte d'entrée pour le dopant dans le silicium, reste aussi disponible comme zone de 5 contact. On peut dans ce but traiter prudemment la structure sur toute sa surface avec de l'acide fluorhydrique dilué juste assez longtemps pour que l'oxyde plus mince dans la partie intérieure de la surface de la zone d'émetteur ait disparu, tandis que les parties restées recouvertes, lors 10 de la diffusion de l'émetteur, sont encore recouvertes après comme avant. Ensuite la jonction pn émetteur-base est recouverte dans tous les cas à partir du bord de l'ancienne couche de masquage même si elle est précisément encore recpuverte. 15 Le procédé conforme à l'invention prend précisé ment ces faits en considération, en prenant soin d'empêcher une pénétration profonde de l'électrode d'émetteur à l'intérieur de la zone d'émetteur. Comme métal pour la fabrication des électrodes 20 de base, on peut envisager, comme cela est habituel, surtout l'aluminium et le platine et pour la fabrication des électrodes d'émetteur. On peut prendre en considération par exemple, suivant l'invention, du titane, du chrome, du zirconium et du molybdène. Dans le cas.de l'électrode de 25 base ces métaux assurent un contact non redresseur parfait avec la zone de base, et, dans le cas de l'électrode d'émetteur, le danger d'une pénétration profonde du contact d'émetteur dans la zone d'émet.teur est fortenient combattu. Quelques-uns de ces métaux comme par exemple Al, Cr, MO 30 adhèrent aussi sur une couche de SiOg ou Si^N^ recouvrant la surface du silicium de sorte que ces métaux conviennent comme matériau pour des voies conductrices écrans etc... Par ailleurs on utilise aussi de l'or ou de l'argent pour des métallisations de ce. genre. 35 A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré en figures 1 et 2 du dessin annexé un mode d'exécution du procédé suivant l'invention. Après la fabrication de la zone d'émetteur 3 et de la zone de base 2 sur la face plate d'un monocristal kO de silicium 1 en forme de pastille du type de conductivité 71 09677 6 2083421 de la zone d'émetteur, qui s'effectue suivant les usages de la technique planar, la zone de contact k de la zone de base 2 est d'abord mise à nu par une élimination locale de la couche 5 de SiO^ recouvrant la structure. La surface 5 en question est ensuite recouverte par une couche constituée par le métal prévu pour l'électrode de base. Cette couche est recouverte par un masque de laque photosensible 6, qui laisse libre toutes les zones de métallisation, qui doivent à nouveau être éliminées par le processus de corrosion 10 qui suit. A cet effet on utilise un agent corrosif qui n'attaque ni le matériau de la couche de protection 5 ni le silicium, ni le masque de laque photosensible 6. Après ce processus de corrosion il reste encore, de toute la couche métallique d'origine recouvrant toute la surface, 15 seulement l'électrode de base 7 sur la zone de contact 4 ainsi qu'une voie conductrice 8 établissant le contact de l'électrode de base. Elles sont constituées de préférence par de l'aluminium et/ou du platine. La structure est ensuite soumise à un étuvage, de préférence après l'élimina-20 tion du masque de laque photosensible, afin d'incorporer par alliage l'électrode de base dans la zone de base. Pour la fabrication de l'électrode d'émetteur la fenêtre 9 dans la couche 5 de SiO.,, utilisée, lors de la diffusion de l'activeur formant Uémetteur 3» est alors à 25 nouveau ouverte de sorte que la surface de contact 10 pour l'émetteur est mise à nu. Une couche formant l'électrode de l'émetteur 11 et le cas échéant une voie conductrice 12 réalisant le contact avec cette électrode sont maintenant déposées sur toute la surface, cette couche étant constituée 30 par exemple par du titane ou un mélange de Ti et d'Al ou une couche double de Ti et Al ou une couche semblable en Ti et Au ou Ti et Ag. On choisit les conditions du dépôt ainsi que les processus ultérieurs de travail de façon à ce qu'une pénétration appréciable de l'électrode d'émetteur dans la 35 zone d'émetteur ne puisse avoir lieu. Les zones de contact de l'émetteur et de la'base y compris les voies conductrices devant établir les contacts sont à présent recouvertes par un masque de laque photosensible et, grâce à un processus de corrosion, les zones des ^0 couches 11 et 12, non recouvertes par la laque, sont éliminées 71 09677 7 2083421 l'agent corrosif à utiliser pour éliminer le métal excédentaire des couches 11 et 12 étant choisi de façon à ce que la couche 8 recouverte par le métal excédentaire ne soit pas ou seulement peu attaquée (on doit arrêter le processus de 5 corrosion précisément à l'instant où le métal 11 et 12 se trouvant sur des zones indésirables est précisément éliminé). Le procédé est plus coûteux lorsque le métal de l'électrode d'émetteur est plus difficilement soluble dans l'agent corrosif disponible, que le métal de l'électrode }0 de base. Il ne reste plus alors qu'à recouvrir les parties de la métallisation 7-8 constituées par le métal de l'électrode de base, lors de la vaporisation du métal pour l'électrode d'émetteur. Dans le cas où ensuite la métallisation créée n'est pas limitée par avance sur les parties 11 et 12 et où 15 par conséquent une opération de corrosion est nécessaire pour l'élaboration de l'électrode d'émetteur 11 et du trajet conducteur 12 à partir d'une métallisation plus ^tendue, les parties constituées par le métal de l'électrode de base doivent aussi être recouvertes, lors de ce processus de 20 corrosion, par exemple par de la laque photosensible ou par de la cire. Un recouvrement des parties métalliques déposées précédemment lors de la fabrication de l'électrode d'émetteur n'est par contre pas nécessaire, lorsque l'agent corrosif, 25 utilisé lors de la gravue de la structure de l'électrode d'émetteur 11 et de la voie conductrice 12, attaque plus lentement le métal de l'électrode de base que celui de l'électrode d'émetteur. Il est vrai que l'on doit alors, de même que dans le cas décrit en premier, recouvrir l'électrode 30 d'émetteur 11 ainsi que la voie conductrice 12, par un masque de protection contre la corrosion ; mais il ne faut ensuite aucun recouvrement de l'électrode de base 7 et de la voie conductrice 8 établissant le contact avec celle-ci. Si en effet on arrête le processus de corrosion au moment où le métal 35 excédentaire de l'électrode d'émetteur est juste éliminé de la couche 5 de SiOg, l'électrode 7 et la voie conductrice 8 ne sont alors que faiblement attaquées. Il est évident que les agents corrosifs utilisés pour la préparation des électrodes de base et d'émetteur 40 ne doivent pas attaquer ni Si ni le SiO^ de la couche 5. 71 09677 8 2083421 La figure 1 représente la situation obtenue immédiatement après l'incorporation par alliage de la zone de base tandis que la figure 2 présente l'état de la structure après le dépôt et la gravure de la structure de l'électrode d'émetteur et de la voie conductrice réalisant le contact avec elle. REVENDICATIONS 1) Procédé de fabrication d'un dispositif à transistor en particulier constituée par du silicium, avec une zone d'émetteur produite par une diffusion d'atomes activeurs dans 5 un semiconducteur à travers un masque, dans laquelle au moins la jonction pn émetteur-base est recouverte par les parties restantes de la couche isolante utilisée comme masque de diffusion lors de la fabrication de la zone d'émetteur et dans laquelle finalement la partie de la surface du semi-10 conducteur, recouverte par l'électrode d'émetteur et limité par la couche isolante, est identique à la partie de la surface semiconductrice non recouverte par le masque de diffusion au cours de la réalisation de la zone d'émetteur, caractérisé - par le fait que tout d'abord lfélectrode de 15 base est reliée à la zone de base à lraide d'un processus métallurgique et qu'ensuite seulement le métal de l'électrode d'émetteur est déposé sur la zone d'émetteur. 2) Procédé suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que pendant le dépôt de l'électrode de base (7) 20 et d'éventuelles voies conductrices (8) sur la couche isolante 5 utilisée comme masque de diffusion, laquelle couche recouvre la surface du semiconducteur, et pendant la formation du contact de base, la zone d'émetteur ne peut pas réagir avec 7 et 8.-25 3) Procédé suivant l'une des revendications 1 "ou 2 caractérisé par le fait que l'on dépose l'électrode de base et/ou l'électrode d'émetteur sur la surface du V semiconducteur et. sur la couche- de masquage isolante 5 qui la recouvre, sous la forme de larges zones, et que l'on 30 réduit ensuite cette métallisation à l'aide d'une opération de corrosion à l'aide de laque photosensible afin qu'elle ne subsiste que sur les zones prévues pour les électrodes (7,11) les voies conductrices (8, 12) et les écrans. k) Procédé suivant l'une des revendications 1, 2 35 ou 3» caractérisé par le fait que l'on utilise différents métaux pour l'électrode de base (7) et pour l'élëctrode d'émetteur (12). 5) Procédé suivant l'une des revendications: 1, 2, 3 ou 4 caractérisé par le fait que l'on n'incorpore pas l'électro-4û de d'pf'etteur p-':r frittage ou par alliage. 3, h ou 5 caractérisé par le fait que l'on dépose simultanément avec l'électrode de base 7 et/ou l'électrode d'émetteur (11) au moins une voie conductrice ou autre métallisation, qui recouvre la couche isolante de masquage située sur la surface du semiconducteur. 7).Procédé suivant l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6 caractérisé par le fait que l'on fabrique l'électrode de base avec de l'aluminium ou du platine et l'électrode d'émetteur avec du titane, du zirconium, du chrome ou du molybdène.