Brevet FR2081028A1 — publié le 19711126

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un transistor pnp au silicium consistant, dans une plage partielle de la surface de la zone de base formée par diffusion de donneurs dans une pastille d'un monocristal de siliciua de type de conductivité £ à augmenter, par la mise en oeuvre d'un second processus de diffusion, la concentration des donneurs dans une mesure telle qu'une électrode en aluminium, mise en place par alliage dans cette plage, forme un contact non redresseur. La constitution de transistors planar au silicium ou de transistors mésa au silicium et d'autres transistors diffusés au silicium, ainsi que la technique de leur fabrication sont supposées connues. On peut trouver des détails sur la fabrication de transistors planar en se référant à l'article "Post Office Electr. Engin" 56 (Janv 1964) N 4, Pages 239 à 243". La technique planar de même que la technique mesa sont habituellement utilisées pour la fabrication de transistors de type npn, tandis qu'on l'utilise rarement dans la fabrication de transistors du type pnp. La raison en est que de tels transistors pnp sont sensiblement plus difficiles à fabriquer que les transistors npn. À ce propos, il faut noter qu'il est recommandé de diffuser, avant la. fabrication de la zone d'émetteur, du phosphore avec une concentration élevée, sur la face arrière de la pastille du cristal initial constituant le collecteur du transistor, afin qu'il en résulte une zone superficielle mince dopée par le phosphore. La concentration superficielle 20 21 de cette zone dopée par le phosphore s'élève à 10 - 10 atomes de phosphore par cm^. Le phosphore ainsi diffusé a la propriété de fixer tous les genres de métaux lourds disaouts dans le semiconducteur et de les rendre ainsi inoffensifs. Il est recommandé de règLer l'épaisseur de la pastille de silicium à une valeur comprise entre 50 />rn et 1 mm. En conséquence, la fabrication d'un transistor pnp au silicium se déroule de la manière suivante : En partant d'un cristal de silicium de type n en forme de pastille, présentant une concentration en donneurs d'environ 10"^ à 10"^ atomes donneurs par cm^, un masque de diffusion est d'abord réalisé à la surface de ce cristal pour la fabrication de la zone de base. A cet effet, on dépose de préférence une couche de Si02 ou de nitrure de silicium ou une couche réalisée avec une combinaison de ces deux matériaux précédents. Cette couche est enlevée, ei. utilisant une technique de gravure à la laque photosensible, dans la plage prévue pour la fabrication de la zone de base, et la diffusion servant à la fabrication de la zone de base de type p est effectuée en chauffant ce dispositif en présence de vapeurs de à une température de par exemple 9^0° à 1C00" C. Il résulta de cette phase .de dépôt,une zone 1 BftO ORIQINW- 71 06046 2 2081028 de diffusion mince très dopée en bore. Cette quantité de bore ainsi diffusée est ensuite répartie, par une opération de post diffusion réalisée par exemple à 1200° C et dans une atmosphère oxydante, sur un volume plus grand de silicium et on ajuste ainsi les valeurs souhaitées pour la profondeur de pénétra-5 tion et la concentration superficielle. Pour une durée de post diffusion de 60 minutes, la zone de base pénètre jusqu'à une profondeur d'environ 3//m dans le cristal semiconducteur, ce qui correspond à une des profondeurs de pénétration communément utilisées pour la jonction pn base collecteur. Le SiO^ situé sur la face 10 arrière du disque semiconducteur est ensuite éliminé après la fabrication de la zone de base, tandis que la face avant du disque est masquée par de la laque photosensible, ou par de la cire ou etc. La pastille est ensuite chauffée dans une atmosphère contenant du phosphore, en particulier en présence- de P„0,- à environ 1050° C et pendant 30 minutes. Ainsi les métaux lourds, acci- 2 5 15 dentellement présents dans le silicium et gênant sous plusieurs aspects sont rendus inoffensifs. La phase opératoire suivante sert à réaliser la zone émetteur, qui est formée par une diffusion de phosphore en utilisant un nouveau masquage correspondant au format de l'émetteur à réaliser. Enfin, la surface du semiconducteur est à nouveau mise à 20 nu, à l'intérieur de la zone de base et de la zone émetteur en utilisant une technique à laque photosensible, et on réalise les contacts avec de l'aluminium par exemple suivant un procédé connu décrit dans "Post Office Elect Engin". La fabrication du type pnp est par contre bien plus 25 compliquée que celle du type npn , car les conditions de dopage dans la zone de base sont très différentes de celles de l'émetteur. Après la diffusion de l'émetteur déjà citée, on doit en effet, pour ces raisons, d'abord réaliser une nouvelle couche de masquage par dépôt de dioxyde de silicium à partir d'un gaz de réaction, par exemple du 30 méthylsiloxane car la couche mince d'oxyde provenant de la diffusion de l'émetteur ne serait pas suffisante pour assurer la protection de l'émetteur contre la diffusion suivante de donneurs et qu'une post oxydation thermique, à vrai diie possible, ne serait cependant pas appropriée à cause de l'appauvrissement en bore, et on doit ensuite mettre à nu- les régions de contacts de la zone 35 de base en utilisant une technique de laque photosensible. A cet endroit la concentration en donneurs de la,zone de base devient alors si élevée par suite de la diffusion de dormeurs, que le contact en aluminium mis en place ultérieurement ne peut plus donner aucune jonction pn. Etant donné que dans ce cas aussi, la ..substance de: dopage est offerte, pour des raisons technologi-40 ques, sous la forme de son oxyde à partir de la phase gazeuse, il se forme BAD ORIGINAL 71 06046 3 2081028 une fois de plus une couche d'oxyde sur la plage de contact qui devra à nouveau être mise à nu. Là aussi une technique de gravure à la laque photosensible est utilisée, étant donné que la laque photosensible convient comme masque, lors de l'utilisation d'acide fluorhydrique comme agent corrosif. Elle sert 5 pour la mise à nu des plages le contact sur la zone de l'émetteur et sur la zone de base, dans lesquelles la réalisation du contact en aluminium est effectuée selon un procédé connu. L'utilisation de l'aluminium comme métal de contact non seulement pour la base mais aussi pour l'émetteur présente une série d'avantages techniques G.L. Schnable Proc. IEEE Vol. 57» No.9 (Sept.69) 10 pp 1570) qui font que l'on peut accepter "le procédé de diffusion du contact" nécessaire pour la réalisation du contact non redresseur de la base du type n. Une réelle économie de travail est réalisée, si conformément à l'invention, des atomes de phosphore sont diffusés avec une concentra- 20 21 3 tion superficielle d'environ 10 - 10 atomes de phosphore par cm , dans la 15 plage de la zone de base, devant être dopée de façon plus importante, ainsi que sur la surface de la pastille de silicium située en face de la zone de base, et si après la formation de la zone émetteur ajustée à une concentration superficielle d'environ 102° - 10^ atomes accepteurs, la plage dopée en phosphore, située sur la face arrière de la pastille de silicium, est à 20 nouveau enlevée. Conformément à l'invention, on procède à la diffusion du contact, servant à la préparation de la réalisation du contact de la zone de base avec une électrode d'aluminium, avant la diffusion de l'émetteur ainsi qu'à la getterisation du matériau semiconducteur. Ceci est facilement possi-25 ble si l'on s'en tient aux concentrations superficielles requises par l'invention, car la concentration élevée en donneurs obtenue par diffusion du contact dans une partie de la zone de base n'est pas modifiée par la diffusion suivante de l'émetteur au point que, lors de la mise en place de l'électrode en aluminium dans ce domaine de la zone de base, aucun contact non redresseur 30 ne puisse plus se former. Le procédé conforme à l'invention présente plusieurs avantages fondamentaux s 1. Suppression de l'oxydation thermique ou pyrolythique après la diffusion de l'émetteur, car après le réglage de celle-ci, aucun 35 autre procédé de diffusion n'est plus nécessaire. 2. La diffusion du contact et la getterisation sont effectuées en une seule opération. 3. Suppression de l'attaque à l'acide métaphosphorique. 4. Suppression des procédés de masquage et d'attaque 40 chimique avant le procédé de getterisation pour la mise à nu de la face arrière 71 06046 4 2081028 de la pastille. A ce moment intervient le procédé de la laque photosensible qui, habituellement est nécessaire, après la diffusion de l'émetteur, pour ouvrir les fenêtres de contact sur la base et pour dégager la face arrière de la pastille. 5» Le profil de diffusion de l'émetteur et l'épaisseur de la base ne sont pas influencés par la diffusion du contact. 6. Obtention d'un meilleur rendement et d'une meilleure qualité que ceux obtenus jusqu'à présent pour la fabrication de ce type pnp, par suppression de plusieurs opérations physiques et chimiques. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et représenté au dessin annexé, une forme de réalisation de l'objet de l'invention. Tout d'abord une couche de masquage 2, tout particulièrement en SiOg, est déposée sur la surface d'une pastille d'un monocristal 1 du type p, et présentant une concentration en accepteurs (tout particulièrement une concentration en bore) d'environ 10^ à 10^ atomes/cm^. Cette couche est masquée par de la laque photosensible. Cette laque photosensible est éclairée localement de telle sorte qu'elle se détache de la couche sous-jacente mince en SiO^, dans la plage prévue pour la réalisation de la zone de base. Elle demeure cependant sur l'autre plage de cette couche mince. La couche mince de SiO^ est ensuite attaquée dans sa plage non recouverte par la laque photosensible avec de l'acide fluorhydrique dilué, de sorte qu'il en résulte line fenêtre de diffusion servant à la réalisation de la base. Après élimination de la laque photosensible, la structure est transportée dans un four à diffusion. Celui-ci est constitué, par exemple, d'un tube en quartz disposé horizontalement, traversé par un gat-support inerte et entouré par un four tubulaire. On introduit et on chauffe dans ce tube en quartz non seulement une source délivrant de la vapeur de P„0,- mais 2 5 encore le monocristal de silicium pourvu de son masque 2. Le gaz-support se charge alors de et arrive ainsi sur la pastille en silicium chauffée. Avec formation d'une couche d'acide métaphosphorique à la zone 3 de la surface du silicium, non masquée par la couche de masquage 2, des atomes de phosphore diffusent dans la masse du silicium en donnant naissance à une zone de diffusion mince très dopée. De l'arsenic ou de l'antimoine peuvent aussi diffuser à la place du phosphore. Cette quantité de P(Sb, As) ainsi diffusée, est ensuite répartie sur un volume plus grand de silicium, par tin procédé de post-diffusion réalisé par exemple à 1200°C dans une atmosphère oxydante et, par suite on obtient les valeurs souhaitées pour la profondeur de pénétration et pour 71 06046 5 2081028 la concentration superficielle et on crée ainsi une couche 5 en SiO^ d'épaisseur suffisante sur la fenêtre de la base 3- Pour une concentration superficielle de 10^ - 103"9 atomes donneurs/cm^ et une Profondeur totale de pénétration de 3 H m» on obtient une zone de base optimale pour un fonction-5 nement haute fréquence. L'état de la structure, immédiatement après la diffusion de la zone de base, est représenté sur la figure 1. Elle montre aussi, à la surface du silicium, la couche d'oxyde 5 engendrée dans la fenêtre 3. L'opération suivante consiste à mettre en oeuvre la technique de gravure â la laque photosensible pour mettre à nu la plage de contact 10 6 sur la zone de base et la face arrière de la rondelle en semiconducteur 1. Cependant les couches de masquage 2 et 5 sont conservées sur la partie restante de la surface du silicium. Suivant la présente invention, le phosphore est ensuite diffusé, avec une concentration superficielle élevée 20 21 de l'ordre de 10 - 10 atomes de phosphore dans le silicium, non seulement 15 dans la face arrière de la pastille mais aussi dans la plage de contact 6 (par exemple de forme annulaire) pour la base. Le traitement thermique nécessaire à cet effet est réalisé à 1050e pendant environ 30 minutes. On réalise ainsi tant sur la face arrière de la rondelle 1 que dans les plages de contact 6 une zone ayant une conduc-20 tivité de type n sensiblement supérieure à celle de la zone de base. La zone de conductivité de type n, très dopée, formée sur la face arrière de la pastille est représentée en 7, -«t la zone de conductivité de type n, fortement dopée, formée dans la plage de contact de la base est désignée par 8. 25 En outre, une couche de masquage en SiOg ayant une forte teneur en phosphore, s'est formée dans les plages de diffusion, ladite couche pouvant éventuellement être renforcée par une opération de post-oxydation (30 mn, 1050°C Og humide), afin qu'elle serve de masque pendant la diffusion. Il faut remarquer qu'il existe durant toutes les phases 50 opératoires, une couche épaisse de masquage 5 à l'emplacement prévu pour la formation de l'émetteur, en sorte que la concentration élevée de la diffusion du contact n'aura aucune influence défavorable sur la partie de la base qui sera occupée par l'émetteur (figure 2). La couche de masquage recouvrant la région du futur émet-35 teur est enlevée à cet endroit et la fenêtre de diffusion nécessaire à la réalisation de l'émetteur est créée. Les phases opératoires suivantes sont décrites en se référant à la figure 3. Dans cet état, la structure est à nouveau transportée dans 40 un four à diffusion et là, elle est chauffée avec une source fournissant de 71 06046 6 2081028 la vapeur de B_0,. d. J Il se forme ainsi sur la surface du silicium dégagée par la fenêtre de diffusion 9» une couche de SiO^ à forte teneur en bore, à partir de laquelle du bore est diffusé dans le silicium sous-jacent, avec formation 5 simultanée d'une zone d'émetteur. La fenêtre de diffusion 9 est située assez loin de la plage du contact de la zone de base 6 pour que la zone d'émetteur 10 qui se forme ne s'approche pas de la zone de base 8. L'opération de diffusion servant à réaliser l'émetteur 10 10 est à nouveau effectuée dans un four à diffusion. Le dopant à l'état gazeux est amené à l'aide d'un gaz-porteur inerte à la pastille de Si chauffée à environ 1050°C. La réalisation de l'émetteur est la dernière opération réalisée à haute température, de sorte que dans cet état toutes les jonctions pn 15 et les autres jonctions ont atteint leurs positions respectives définitives. Les opérations suivantes servent à réaliser les contacts sur les zones de base et l'émetteur en utilisant l'aluminium comme matériau de contact. Dans ce but, les plages de contact 6 et 11 de la zone de base 4 et de la zone d'émetteur 10 sont à nouveau mises à nu en utilisant une technique 20 de laque photosensible. Simultanément, le SiO^ contenant le dopant et qui s'est formé sur la face arrière de la rondelle de silicium, est attaqué . Des pellicule d'aluminium 12 et 13 sont ensuite déposées par vaporisation sur les plages de contact 6 et 11 mises à nu sur la base et sur l'émetteur et elles sont maintenues en plage par un traitement thermique ou par alliage. 25 Finalement la zone 7 dopée en phosphore, provenant de l'opé- . ration de getterisation et se trouvant encore sur la face arrière de la rondelle de silicium, est supprimée par décapage. La fabrication du contact de la zone de base et de la zone d'émetteur peut résulter d'une vaporisation sur toute la surface, la partie 30 excédentaire de la couche d'aluminium étant ensuite enlevée en utilisant une technique de laque photosensible. ïïn autre procédé consiste en une vaporisaticn localisée à travers un masque d'évaporation approprié. Par sa face arrière ce dispositif est fixé par alliage sur 35 un socle par exemple en "yacon" servant de collecteur et il est, comme cela est courant, monté dans un boîtier fermé. 71 06046 7 2081028 - REVENDICATIONS -1. Procédé de fabrication d'un transistor consistant, dans une plage partielle de la surface de la zone de base formée par diffusion de donneurs dans une pastille d'un monocristal de silicium de type de conductivité £ à augmenter, par la mise en oeuvre d'un second processus de diffusion, la concentration des donneurs dans une mesure telle qu'une électrode en aluminium, mise en place par alliage dans cette plage, forme un contact non redresseur, caractérisé par le fait que des atomes de phosphore sont diffusés avec une concentration superficielle d'environ 10^ - 102^ atomes de phosphore par cm^ dans la plage de la zone de base, devant être dopée de façon plus importante, ainsi que sui- la surface de la pastille de silicium située en face de la zone de base, et qu'après la formation de la zone d'émetteur ajustée à une concentration superficielle d'environ 10^ - 10^ atomes accepteurs, la plage dopée en phosphore, située sur la face arrière de la pastille de silicium, est à nouveau enlevée. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la zone de base ajustée à une concentration superficielle de 10"^ - 10^, en atomes donneurs pour réaliser la conductivité de type n, est à nouveau localement dégagée de la couche de SiO^ contenant du phosphore et la recouvrant et dans la surface de la zone de base ainsi mise à nu de même que dans la face arrière du disnue de silicium mise à nu, des atomes de phosphore sont 20 21 *5 diffusés avec une concentration de 10 - 10 atomes de phosphore/cm . 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la diffusion de phosphore est réalisée à une température d'environ 1050°C. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, caractérisé par le fait qu'après le dernier processus de diffusion, les plages de contact des zones de base et d'émetteur sont à nouveau mises à nu et que les contacts sont établis à l'aide d'une couche mince d'aluminium qui est déposée par vaporisation. 5. Procédé suivant la'revendication 4, caractérisé par le fait que la couche d'aluminium peut résulter d'une vaporisation restreinte effectuée localement sur les plages de contact. 6. Procédé suivant la revendication 4» caractérisé par le fait que sur toute la surface du semi-conducteur pourvue des plages de contact mises à nu de la zone de base et d'émetteur, on réalise une métallisa-tion à l'aluminium en particulier par vaporisation et que cette métallisa-tion est localement enlevée en utilisant une technique de laoue photosensible.