Brevet FR2083349A1 — publié le 19711217

La présente invention concerne des transistors au silicium pour hautes fréquences» On a conçu différents procédés pour diminuer la largeur de base des transistors en vue de leur permettre de répondre à 5 des fréquences élevées. En pratique , ce procédé fait interve- \ nir des techniques de réglage des étapes de diffusion de la base et de l'émetteur. Des erreurs intervenues dans ces étapes peuvent se cumuler sur la largeur de base et peuvent même être disproportionnées si la profondeur de l'émetteur dépasse la 10 largeur de base voulue. îar exemple, en diffusant un émetteur -3 -3 de 0,5 » 10 ' mm dans une couche de base de 0,6 . 10 ' mm pour produire une largeur de base de 1 ► 10~* mm, une erreur de 10# dans un seul des processus de diffusion donne lieu à une erreur de 50$ dans la largeur de la base. 15 Une meilleure maîtrise de la largeur de la base pourrait être obtenue si l'on fait l'émetteur de peu de profondeur. Cependant, dans les constructions de transistors normaux , si l'on fait l'émetteur très peu profond, c'est-à-dire d'une profondeur inférieure à 1 . 10"^ mm, il se produit une recombinai-20 son aux contacts et le rendement de l'émetteur baisse. Suivant l'invention, on a prévu un transistor au silicium pour fréquences élevées , comprenant un corps de silicium qui possède une région de collecteur, une région de base et une région d'émetteur joù la région de base a une largeur in-25 férieure à 1 . 10"^ mm , la région émetteur» une profondeur de moins de 1 . 10"^ mm et oà le contact de l'émetteur est un silioiure métallique formé in situ, en contact avec la région d'émetteur. Il a été constaté à présent que la surface de séparation 30 entre certains contacts d'alliage métallique et la base ou substrat du semi-conducteur est de qualité telle que la probabilité de reeombinaison des porteurs injectés,à la surface de séparation, est essentiellement la même que dans la matière volumineuse. Ainsi, le contaot à l'alliage métallique se pré-35 sente pour leB porteurs minoritaires comme un prolongement du semi-conducteur volumineux, c'est-à-dire de l'émetteur. A la suite de cette constatation, on voit qu'on peut faire l'émetteur 71 09219 2 2083349 très peu profond en lui donnant une épaisseur de par exemple -7 -4 50 4 10 mm. à 1 . 10 mm » en permettant ainsi d'être maître de façon précise ds toute la construction du transistor. la j-irgeur de base peut être réglée essentiellement par l'étape de 5 diffusion de la base st des largeurs de base de l'ordre de 0,1 * 10"4 mm à 1 . 10~4 mm peuvent être facilement obtenues et reproduites. Les contacts d'alliage métallique qui permettent ]es résultats dont il a' été question précédemment sont ceux consti-10 tués de siliciure de nickel9 de titane , de zireonium , de hafnium et des six métaux du groupe du platine. Ces métaux forment différents composés de siliciure qui conviennent pour les buts décrits ici. On décrira plus complètement ci-après ces aspects de 15 l'invention et d'autres.. Sur le dessin s - La figure 1 est une vue en élévation de face et en coupe d'un transistor construit suivant l'invention ; et - les figures 2, 3, 4 et 5 sont des profils des impuretés à la surface d'un semi-conducteur ,faisant comprendre 20 divers aspects de l'invention. En se reportant à la figure 1, on y voit que le transistor représenté comprend une région de collecteur 10 de type n et une région de base 11 de type p. La région de base est formée par une technique quelconque convenable, ordinairement 25 par dopage en utilisant le processus d'implantation d'ions ou un processus de diffusion classique. Le contact métallique 12 est réalisé avec la région de base par l'intermédiaire d'un masque d'oxyde 13 ,comme montré. Le contact est un contact ohmique à deux bandes5 fait par exemple de siliciure de platine. 30 Le contact d'émetteur 14 qui est également de siliciure de platine peut être formé dans la même opération. Le contact de recouvrement 15 est réalisé alors sur le contact de base , comme montré. Ce recouvrement peut être par exemple en aluminium ou être constitué par un autre conducteur tel que le conducteur 35 poutre normal. La région d'émetteur 16 de type n peut être formée alors par implantation d'ions en utilisant la couche d'oxyde comme masque ou par diffusion en utilisant la couche 71 09219 3 2083349 d'oxyde oemm@ masque• Par un dlmeneienniment convenable, la couche de recouvrement pourrait §tr@ utilisée également comme masque. Le masque en couche d'oxydé est représenté & la figure 1* lorsque la couche d'oxydé est utilisée comme masque, elle 5 est faite assis épaisse pour être imperméable aux ions. In utilisant les techniques de diffusion connues» un® impureté de type n telle que d© l'arsenic est diffusée à travers le contact de siliciure de métal'14» Un variante* la région d'émetteur peut être créée par diffusion avant la formation du contact 10 de siliciure métallique suivant „de§ techniques bien établies» Un processus de diffusion classique convenable a été décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique No» 3*066,052 accordé le 27 novembre 1962 à 3.3. Howard* 11 peut être commode de déposer l'impureté en mime temps que le platine, par exemple 15 en projetant le platine dans une ambiance contenant l'Impureté et en chauffant pour réaliser en mime temps la diffusion de l'impureté et formsr= le siliciure ds platine» Oitte solution peut faire intervenir un procédé qui ajoute quelques pour cents d'une Impureté appropriée au contact déposé» 20 la technique de l'implantation de l'émetteur à travers le contact de siliciure de métal a des avantages particuliers» On décrira ceux-ci à propos des figures 2 et 3 qui sont des profils les impuretés à une surface de silicium, la figure 2 est un profil pour une impureté arbitrairement choisie dana 25 une surface de base de silicium» l'ordonnée indique la concentration croissante de l'impureté , log IL , tandis que les € abscisses indiquent les profondeurs croissantes, d , à partir de la surface prise comme origine. Cette courbe su profil est caractéristique par exemple de phosphore implanté dans du 30 silicium de type p à 25 kelTi Dans ce cas particulier, la concentration de pointe 5C^S se présente à environ 350 * 10"^ mm et la profondeur effective de l'émetteur dans son ensemble est de 0,5 • 10*"* mm. On peut prévoir la courbe sauf en et qui concerne la queue anormale indiquée» la concentration Inusuêlls 35 des impuretés profondes peut itre due à un effet de canal su à un mécanisme de diffusion inconnu quelconque , mais l'effet pratique est une dégradation du transistor* Cependant, lorsque BAD 0*!C!NAL 71 09219 4 2083349 l'émetteur est implanté à travers une couche de métal par la technique décrite ci-dessous, la queue n'apparaît pas ou elle est diminuée» Ceci est représenté par la courbe de la figure 3. L'émetteur peut être fait peu profond en choisissant l'épaisseur 5 de la couche de métal 20 et l'énergie des ions de telle façon que la pointe de concentration se présente à la.surface du silicium ou près de cette surface. Par exemple,la courbe de la figure 3 s'obtient lorsque le phosphore est implanté à travers une épaisseur de 0,25 • 10~4 mm de Pt-Si , avec une énergie de 10 50 keV. La concentration de pointe se présente à 0,25 . 10~4 mm (surface de séparation) avec une profondeur générale de l'émetteur de 0,15 . 10~4 mm. Cette courbe d'émetteur est très marquée et elle est considérablement plus étroite que celle de l'émetteur implanté directement dans le silicium» 15 Une autre amélioration du profil ou courbe de l'émet teur peut s'obtenir en suivant la technique générale décrite ci-dessus mais avec une légère modification dans la suite des opérations. Ceci est décrit à propos des figures 4 et 5. La figure 4 montre une couche 30 d'une épaisseur de 0,25 • 10~4 mm 20 de métal formant un siliciure tel que de platine déposé sur le substrat de silicium et sans avoir encore réagi. L'impureté qui, dans le présent cas, est du phospfcore, est implantée à 75 ke¥ à travers la couche de métal qui donne .la courbe d'impureté montrée. La concentration de pointe des impuretés se 25 présente à nouveau à la surface de séparation (0,25 • 10-4 mm) avec une profondeur d'émetteur effective, dans ce cas, de 0,2 » 10-4 mm. La concentration des impuretés à la surface de 19/ 3 séparation est supérieure à 10 / cm . On chauffe alors le silicium à 700°C pendant 5 minutes pour former le siliciure métal-30 lique. L'effet de cette opération est de concentrer les impuretés à la surface de séparation entre silicium et siliciure. La courbe d'impureté résultante est montrée à la figure 4 et elle est exceptionnellement aiguè' et peu profonde. La température de formation de l'alliage est insuffisante pour réaliser 35 une diffusion thermique importante de l'impureté dans le silicium. On obtient des résultats analogues avec NiSi et avec les autres métaux -formateurs de siliciure qui ont été décrits précédemment . 71 09219 * 5 2083349 Pour obtenir les avantagea de l'émetteur peu profond formé par l'implantation d'iona qui a été décrite à propos des figures 2 et 3# il n'eat pas essentiel que le contact soit celui d'un siliciure métallique "bien que ce soit là une cons-5 truetien préférée. On a obtenu des résultats intéressants aveo des contacta d'or, par exemple, ds 0,2!? • ma» BAD ORIGINAL 71 09219 , e 2083349 RETOIDIOAIIOUS 1.- Transistor au silicium pour hautes fréquences comprenant un corps de silicium ayant des régions de collecteur s de hase et d'émetteur , caractérisé en ce que la région de hase 5 a une largeur inférieure à 1 . 10~4 mm, la région d'émetteur y* une profondeur inférieure à 1 . 10" mm et en ce que le contact de l'émetteur est un siliciure métallique formé in situ, en contact avec la région d'émetteur . 2.« Transistor suivant la revendication 1, caractérisé 10 en ce que la composante métallique du siliciure est choisie dans le groupe comprenant le nickel , le titane, le zirconium , le hafnium et les six métaux du groupe du platine. 3.- Procédé pour fabriquer un transistor suivant la revendication 2, consistant à former dans un substrat de sili- 15 cium des régions de collecteur, de hase et d'émetteur, caractérisé en ce que l'on forme des contacts électriques à chaque région, le contact d'émetteur étant formé.par dépôt sur la surface de la région d'émetteur d'une couche de métal de l'élément métallique choisi et en ce qu'on chauffe la couche de 20 métal pour former un contact de siliciure métallique. 4.- Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'on forme la région d'émetteur en déposant en même temps sur le substrat de silicium le métal et l'impureté pour former la région d'émetteur et en ce qu'on chauffe la couche à 25 dépôt simultané pour diffuser la région d'émetteur tout en formant en même temps le contact du siliciure métallique. 5." Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le métal est du platine déposé en même temps qu'une petite quantité d'arsenic. 30 6.- Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'on dépose l'impureté formant la région d'émetteur à la surface du substrat ,avant de procéder au dépôt de la couche métallique , en sorte que la diffusion soit favorisée pendant la formation du contact de siliciure métallique. 35 7.- Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'on chauffe la couche déposée simultanément à environ 700°C pour diffuser l'émetteur et pour former le siliciure métallique. 71 09219 7 . 2083349 8.- Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'on forme l'émetteur en diffusant une impureté qui détermine le type de conductivité à travers la couche métallique avant la formation du siliciure métallique. 9.- Procédé suivant la revendication 3> caractérisé en ce qu'on forme la région d'émetteur par implantation d'ions de l'impureté déterminant le type de conductivité à travers la couche métallique avant la formation du silidire métallique»