Brevet FR2070742A1 — publié le 19710917

i 2070742 La présente invention concerne un composant semi-conducteur avec au moins deux zones de types de conductivités différentes, une zone d'un type étant pour l'isolation électrique du composant semi-conducteur, entourée d'une zone isolante de 5 l'autre type. On sait déjà séparer électriquement les divers composants semi-conducteurs disposés sur une pastille. Ceci est obtenu de la manière la plus appropriée par l'apport d'un cadre isolant autour de chaque composant» Dans un procédé de fabrica-10 tion connu de tels composants, isolées électriquement entre eux, on part d'un corps de base ou substrat fait avec un matériau semi-conducteur présentant l'un des types de conductivités» Dans ce substrat on produit, par diffusion, des zones de l'autre type de conductivite, en utilisant la technique au masquage. On dépose 15 ensuite, par voie épit.axiale, un matériau semi-conducteur présentant l'un des types de conductivité sur la surface du substrat semi-conducteur» La substance de dopage diffuse des zones de l'autre type de conductivité également dans le matériau obtenu par croissance épitaxiale» On réalise ensuite des parois isolantes 20 présentant l'autre type de conductivité, depuis la surface du matériau semi-conducteur déposé par croissance épitaxiale jusqu'aux zones présentant l'autre type de conductivité. On forme ainsi, dans la matière semi-conductrice obtenue par croissance épitaxiale, des zones présentant l'un des types de conductivité séparées 25 entre elles et séparées du substrat par des cuvettes isolantes» Les divers composants, tels que des transistors par exemple, sont enfin introduits de manière connue dans ces zones» Ce procédé connu permet par exemple de fabriquer des transistors npn et pnp à grande amplification de courant sur 30 une pastille, les collecteurs des transistors pnp étant isolés entre eux. On a remarqué que lorsqu'on dispose un transistor, une résistance à simple diffusion ou une résistance à double diffusion (résistance à effet de pincement) dans une cuvette 35 isolante présentant l'un des types de conductivité, la base du transistor et les couches de résistance étant du même type de conductivité^ des transistors parasitaires apparaissent. Ainsi par exemple, la base du transistor npn agit comme émetteur, le collecteur du transistor npn comme base et la cuvette isolante 40 du type de conductivité p comme collecteur du transistor 70 43479 2 2070742 Ce transistor parasitaire pnp a la même structure qu'un transistor pnp normal à grande amplification de courant, dans lequel la cuvette isolante sert de collecteur. De ce fait, 5 le transistor parasitaire aura aussi une grande amplification de courant, ce qui n'est surtout pas souhaité, si sur une pastille sont prévus des transistors pnp et npn à grande amplification de courant et à faible tension de saturation collecteur-émetteur « Suivant l'invention, on propose que l'amplifica» 10 tion électrique du transistor parasitaire formé par la zone isolante et par les deux zones voisines de la zone ^.^wlante, soi 1. maintenue à une plus faible valeur què celle de l'amplification électrique d'un transistor normal avec une base présentant l'un des types de conductivité. Ceci permet en particulier la 15 disposition de résistance et de transistors de faible amplification de courant parasitaire à côté de transistors à forte amplification de courant sur une même pastille. Un autre perfectionnement de l'invention consiste dans le fait qu'une zone du composant semi-conducteur, se raccor» 20 dant au deuxième côté de la zone isolante et constituée par une substance semi-conductrice présentant l'un des types de conductivités, présente une couche de 5 à lOu et que l'épaisseur de la zone isolante située entre la zone de l*un des types de conductivité et le substrat semi-conducteur est de 2 à 5u . 25 Les composants à semi-conducteur conformes a l'invention entourés d'une zone isolante, présentent une action beaucoup plus faible des transistors parasitaires. Par exemple, un transistor a une zone de collecteur beaucoup plus épaisse que les transistors connus. Mais ceci signifie aussi que l'action du 30 transistor parasitaire, dans lequel la zone de collecteur du transistor est la zone de base, est beaucoup plus faible. Il est particulièrement avantageux que la zone se raccordant sur le deuxième côté de la zone isolante et qui est constituée par une couche de matériau semi-conducteur présentant 1'un des types de conductivité, ait une épaisseur de 8 «. Le dopage de la zone isolante peut être du type p ou n. Les substances de dopage tels que le bore ou le phosphore se sont révélés particulièrement appropriés. Les composants semi-conducteurs de l'invention 40 à 70 43479 3 2070742 peuvent être par exemple des transistors npn ou pnp dont la zone de collecteur a une épaisseur comprise entre 5 et 10p , de préférence 8 v _» Il est particulièrement avantageux de disposer sur une pastille un transistor npn de l'invention près d'un 5 transistor pnp connu» Ainsi les propriétés électriques du transistor pnp à grande amplification de courant ne seront pas perturbées par le transistor parasitaire pnp du transistor npn» Les cuvettes isolantes des deux transistors voisins sont interrompues de manière appropriée par des séparateurs de canaux. 10 De plus, les composants à semi-conducteurs de l'invention peuvent aussi être des résistances à diffusion simple ou des résistances à effet de pincement» Les résistances disposées par exemple dans une cuvette isolante p ne présentent que de très faibles transistors parasitaires n'entraînant pas de pertur-15 bâtions électriques» Enfin, l'invention concerne également un procédé de fabrication des composants à semi-conducteurs, procédé qui consiste à couvrir sur une surface du substrat semi-conducteur, par une couche de masquage, les zones prévues pour la réalisa-20 tion des composants semi-conducteurs à produire autour des zones couvertes du substrat semi-conducteur présentant l'un des types de conductivité, des zones fortement dopées de l'autre type de conductivité, à déposer sur la surface du substrat semi-conduc-teur par voie épitaxiale, et après enlèvement du masque, un maté-25 riau semi-conducteur présentant l'un des types de conductivité, une zone faiblement dopée de l'autre type de conductivité se formant sous les zones prévues pour les composants semi-conducteurs par diffusion et évaporation de préférence sur et au voisinage de la surface de la zone de la plaquette semi-conduc-30 trice présentant l'un des types de conductivité et recouverte auparavant d'un masque, à réaliser autour du matériau sem -conducteur présentant l'un des types de conductivité une paroi isolante présentant l'autre type de conductivité de manière que la paroi isolante, la zone fortement dopée et la zone faiblement 35 dopée forment une cuvette isolante présentant l'autre type de conductivité autour de le zone présentant l'un des types de conductivité,et à réaliser enfin dans la couche de matériau semiconducteur déposée par voie épitaxiale au minimum une zone présentant l'autre type de conductivité. 40 P.ar cette réalisation avantageuse de l'invention ■•W on forme sans diffusion supplémentaire, des transistors ne présentant pas d'effet secondaire parasitaire» D'autres caractéristiques et détails concernant l'invention sont donnés à l'aide de la description suivante d'un 5 exemple de réalisation illustré au dessin annexé» La figure 1 représente la coupe 'd'un transistor pnp et d'un transistor npn. La figure 2 représente la coupe d'un substrat semi-conducteur avant l'enlèvement de la couche formant masque. 10 La figure 3 représente la coupe d'un substrat semi-conducteur et cl® la couche de semi-conducteur déposée par croissance épitaxiale^ avant réalisation des parois isolantes» Dans les différentes figures, les éléments correspondants sont repérés par les mimes références» 15 Dans la moitié gauche de la figure 1 est repré senté un transistor pnp et un transistor npn dans la moitié droite» Dans un substrat semi-conducteur 1 présentant une conductivité de type n et dont la limite supérieure est raprésen-20 tée par la surface 2, indiquée par un trait mixte dans la figure 1, sont disposées les zones 3, 4, 5 de type de conductivité p. Sur la surface 2 est déposé, par vois épitaxialsB"un matériau semiconducteur 6 de type de conductivité Les zones 3, 4, 5. ssétendent aussi dans la souche 2 5 épitaxiale 6» Entre les zones voisines 3, 4, 5 est prévue sur et au voisinage de la surface 2 du substrat semi-conducteur 1 une zone 8 faiblement dopée en p, interrompue par les zones 7 à dopage en n. Les zones 7 jouent le rôle de séparateurs de canaux. Des parois isolantes 9S 10s 11 s'étendent de la 30 surface de la couche épitaxiale de matériau seai-conducteur.6 jusquDaux zones 3, 4, 5 fortement dopées, Les parois isolantes 9, 10, 11 ont un fort dopage en p et peuvent être obtenues par diffusion. Les parois isolantes 9 et la zone 3 fortement 35 dopée forment une première cuvette isolante» Les parois isolantes 10, 11, les zones 4, 5 fortement dopées et la zone 8 forment une deuxième cuvette isolante» Les deux cuvettes.isolantes ont un dopage en p et elles sont entourées de matériau semi-conducteur présentant le type de conductivité n» 40 Dans la première cuvette isolante sont prévues :r- - à 4 70 43479 5 2070742 | une zone d'émetteur 13 et une zone de base 14. La zone d*émetteur 13 a un dopage en p et la zone de base 14, formée à partir de la couche initiale épitaxiale de matériau semi-conducteur 6, a un dopage en n. 15 désigne le contact de base fortement dopé en n. 5 Dans la deuxième cuvette isolante sont disposées une zone d'émetteur 16, une zone de base 17 et une zone de collecteur 18. La zone d'émetteur 16 a un fort dopage en n, la zone de base 17 est dopée en p et la zone de collecteur 18 formée par la couche épitaxiale de matériau semi-conducteur 6, est dopée en 10 n. La référence 19 désigne le contact de collecteur, fortement dopé en n o Suivant l'invention la distance entre la zone 8 et la zone de base 17, donc l'épaisseur de la zone de collecteur, s'élève entre 5 et 10 u, de préférence à 8 v . 15 Le bore s'est révélé particulièrement approprié comme substance de dopage pour les zones 3, 4, 5. L'effet du transistor parasitaire pnp formé par la zone de base 17, la zone de collecteur 18 et les parois isolantes 10, 11, est faible en raison de la grande épaisseur de la couche 20 de collecteur. Si 1'emplacement prévu pour le transistor npn ultérieur sur le substrat était recouvert sur toute sa surface par une zone fortement dopée, comme par exemple la zone 3 dans la moitié gauche de la figure 1, le fond de la cuvette de droite dans la figure 1 aurait la même épaisseur de couche que les 25 zone 4, 5, ce qui dans la figure 1 est représenté par la ligne discontinue 20„ Ceci aurait pour conséquence une' épaisseur beaucoup plus faible de la zone de collecteur 18 et par suite les propriétés électriques du transistor parasitaire pnp seraient identiques à celles du transistor pnp représenté dans la moitié 30 gauche de la figure. Comme on peut le voir sur la figure 1, le montage représenté dans la moitié droite peut fonctionner en résistance à effet de pincement au lieu de fonctionner en transistor npn. On entend par résistance à effet de pincement une résistance à 35 double diffusion. La zone 17 représente alors la couche de résistance de la résistance à effet de pincement» Mais il est aussi possible de réaliser dans 1s deuxième cuvette isolante une résistance a simple diffusion» Dans tous ces cas, le transistor parasitaire pnp n'a, comme indiqué précédemment, qu'une très faible 40 action, et cela est dû à la grande épaisseur de la couche 18„ 70 43479 6 2070742 Dans ce qui suit on expliquera en détail à l'aide des figures, un procédé de fabrication des composants semiconducteurs de l'invention. Comme cela est représenté dans la figure 2, on 5 réalise d'abord dans la surface 2 du substrat à l'aide d'une . couche de masquage 12, des zones 7 à fort dopage en n, entre les. zones prévues pour les cuvettes isolantes. Les zones 7 jouent dans le composant fabriqué, le rôle de séparateurs de canaux et isolent électriquement les diverses .cuvettes les unes 10 des autres. Les zones 3, 4, 5 sont ensuite produites, avant le dépôt de la couche épitaxiale 6, dans le substrat sensi-conducteu~ 1 jusqu'à la surface 20 Les zones 3, 4, 5, 7 sont réalisées de préférence par diffusion suivant la technique de masquage. Après la croissance de la couche épitaxiale du 15 matériau semi=conducteur 6, les zones 3, 4, 5, 7 croissent aussi par diffusion dans cette couche pour finalement prendre la forme représentée dans la figure 3„ Simultanément il se forme par diffusion, principalement le long de la surface limitée entre le substrat semi-conducteur 1 et la couche épitaxiale 6, une zone 8du 20 type de conductivité p interrompue par les zones 7 entre les composants ultérieurs voisins» La zone 8 n*a qu'un faible dopage du type p et présente une faible épaisseur de 2 à 5 |i . Ceci est obtenu par le fait que dans le substrat semi-conducteur 1, seules les zones périphériques du composant semi-conducteur prévu dans 1G 25 moitié droite de la figure 2, sont munies de zones 4, 5 fortement dopées. A partir de celles-ci est formée la zone 8 représentant le fond de la cuvette isolante, le long de la surface 2 de préférence par diffusion et évaporation. La fabrication des divers composants semi-conducteuis 30 dans les cuvettes isolantes peut se faire de manière connue, par exemple par diffusion et application de la technique de masqua-- L© procédé de fabrication décrit dans l'exemple de réalisation permet, sans diffusion supplémentaire, d'obtenir une zone de collecteur du transistor npn beaucoup plus épaisse ©t 35 par suite une zone de base du transistor parasitaire pnp beaucoup plus épaisses La formation des canaux 8 est une conséquence de 1» diffusion superficielle latérale rapide du bore. Ces canaux sont utilisés pour la réalisation des cuvettes isolantes des transis^ tors npn® Ceci est obtenu simplement en réalisant de telle façon 40 le masque pour les fonds isolants de type de conductivité p que 70 43479 7 2070742 du bore n'est appliqué sous les transistors npn. Suivant l'invention on peut réaliser non seulement des transistors .npn dans des cuvettes isolantes du type de conductivité p, mais aussi des transistors pnp dans des cuvettes isolantes du type de conductivité n« De plus il est possible de prévoir aussi une couche de résistance du type de conductivité n dans une cuvette isolante du type de conductivité n, Les composants semi-conducteurs de l'invention présentent une très faible action des transistors parasitaires® 70 43479 8 2070742 - REVENDICATIONS - 1„ Composant semi-conducteur comportant au moins deux zones de types de conductivité différents, une zone présentant un premier type de conductivité étant pour l'isolation 5 électrique du composant semi-conducteur, entourée d'une zone isolante présentant un second type de conductivité, caractérisé par le fait que 1'amplification électrique du transistor parasitaire formé par la zone isolante et les deux zones voisines de la zone isolante, est maintenue à une valeur plus faible que 10 celle de l'amplification électrique d'un transistor normal avec une base Drésentant le premier type de conductivité . 20 Comoosant semi-conducteur dans une zone isolante présentant le second type de conductivité entourée sur un premier côté d'un substrat semi-conducteur présentant un pre-15 mier type de conductivité suivant la revendication 1, caractérisé par Je fait que la zone du composant semi-conducteur faite avec une substance semi-conductrice présentant le premier type de conductivité et se raccordant à la zone isolante, sur la seconde face de celle-ci, présente une épaisseur de 5 à 10 w , et que 20 l'épaisseur de la zone isolante entre la zone du premier type de conductivité et le substrat semi-conducteur est de l'ordre de 2 à 5 u0 30 Composant semi-conducteur suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que la zone en une substance 25 semi-conductrice du premier tvoe de conductivité, se raccordant à la couche isolante sur le second côté de celle-ci a une épaisseur de 8 t*, 4. Composant semi-conducteur suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, caractérisé par le fait 30 que la zone isolante est dopée au bore. 5. Composant semi-conducteur suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, caractérisé par le fait aue ]a zone isolante est dopée au phosphore. 6. Transistor suivant la revendication 2 ou 3, 35 caractérisé oar le fait que la zone faite avec une substance semi-conductrice du premier type de conductivité, et se raccordant à la zone isolante, sur le second côté de celle-ci,forme une zone de collecteur, et que dans la zone de collecteur est prévue une zone de base, et dans la zone de base une zone d'émetteur. 40 70 Transistor suivant la revendication 6, BAD ORIGINAL 70 43479 9 2070742 caractérisé par le fait que la zone de collecteur est dopée en n. 8. Résistance suivant l'une ou l'autre des revendications 2 et 3, caractérisée par le fait que dans la zone de semi-conducteur se raccordant à la zone isolante sur le second 5 côté de celle-ci, est prévue une couche d'une matière semi- conductrice présentant le second type de conductivité et agissant comme zone de résistance. 9. Résistance suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisée par le fait que dans la zone de semi- 10 conducteur se raccordant à la zone isolante, sur le second côté de celle-ci, est prévue une couche d'une matière semi-conductrice présentant le second type de conductivité et agissant comme zone de résistance, et que dans la couche de la matière semi-conductrice du second type de conductivité est disposée une couche de 15 semi-conducteur présentant le premier type de conductivité, la couche de matière semi-conductrice présentant le second type de conductivité étant réalisée comme une résistance à effet de pincement. 10. Composant semi-conducteur suivant l'une quelconque 20 des revendications 7, 8, 9, caractérisé par le fait que le composant semi-conducteur, entouré par la zone isolante, est disposé dans une pastille formant le substrat semi-conducteur près d'un transistor entouré par une autre zone isolante et prévu dans la même pastille, et que ladite autre zone isolante de ce transis- 25 tor et la zone isolante du composant semi-conducteur ont, au moins partiellement, des épaisseurs différentes. 11. Procédé de fabrication du composant semi-conducteur suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, caractérisé par le fait qu'il consiste à couvrir sur une 30 surface du substrat semi-conducteur, avec une couche de masquage, les zones prévues pour la réalisation des composants semi-conducteurs, à réaliser autour des zones couvertes, dans le substrat semi-conducteur d'un premier type de conductivité, des zones fortement dopées d'un second type de conductivité, à déposer 35 après enlèvement du masqua, un matériau serai-conducteur du premier type de conductivité par croissance épitaxiale sur la surface du substrat semi-conducteur, une zone faiblement dopée du second type de conductivité se formant, sous les zones prévues pour les composants semi-conducteurs, par diffusion et évaporation de 40 préférence sur et dans le voisinage de la surface de la zone du 70 43479 10 2070742 substrat semi-conducteur du premier type de conductivité recouverte auparavant d'un masque, à réaliser autour du matériau semi-conducteur du premier type de conductivité une paroi isolante du second type de conductivité, de manière que la paroi isolante, 5 la zone fortement dopée et la zone faiblement dopée forment une cuvette isolante du second type de conductivité autour de la zone du premier type de conductivité, et à réaliser enfin dans la couche de matière semi-conductrice déposée par voie épitaxiale, au moins une zone du second type de conductivité. 10 12.Procédé suivant la revendication 11, caracté risé par le fait que les zones faiblement dopées du second type. conductivité sont interrompues, entre les cuvettes isolantes voisines, par des 20n.es diffusées, du second type de conductivité*