Brevet FR2085989A1 — publié le 19711231

La présente invention concerne un procédé de fabrication de contacts faiblement résistants pour un dispositif satonducteur. Dans le but d'établir des contacts ohmiques, en particulier pour des circuits intégrés monolithiques à l'état solide, il est connu de fixer de l'aluminium,sous la forme de lignes en bandes (appelées 5 également parfois "strip iinesi!) ou d'aires de contact,aux zones à contacter en déposant une couche draluminium sur le corps semiconducteur, lequel corps, dans le cas de circuits à l'état solide, est protégé partiellement par une couche isolante. Dans la technologie des semiconducteurs, l'expression "contact faiblement 10 résistant" concerne un contact pratiquement exempt de "barrières". Des contacts faiblement résistants classiques à des zones d'un corps semiconducteur de silicium, formés par le dépôt de couches métalliques sur le corps, sont incapables de satisfaire à des conditions de fonctionnement plus sévères. Dans le technologie des semiconducteurs, on utilise de préférence des couches métalliques d'alu-15 minium ou de nickel pour établir des zones et des contacts faiblement résistants dans les corps en silicium, parce que ces métaux engendrent des contacts pratiquement exempts de barrières sur des les types de ccnductivité N aussi bien que P, quand ils sont soumis à un traitement thermique après dépôt, de préférence sans passer en phase liquide. 20 La présente invention est basée sur la constatation selon laquelle les con tacts faiblement résistants peuvent être formés au cours du traitement thermique mentionné ci-dessus, si la zone de contact est dopée avec du phosphore, quand on utilise,pour la mise en contact,des métaux tels que le nickel et l'aluminium. La prés «lté invention a pour objet de proposer un procédé â-s réalisation 25 d'un contact faiblement résistant sur la zone de type de eonduotivité p d'un corps semiconducteur en silicium par le dépôt d'un métal quis après traitement thermique, engendre un contact ohmique. Selon taie caractéristique de l'invention, le contact- faibl^ent résistant à la zone de type de conductivité P est obtenu par la diffusion d'une faible con-30 centration de phosphore dans une zone de surface de type de conductivité p à la suite de quoi au cours du traitement thermique suivant, la zone de contact est amenée en contact avec le métal. D'une manière générale, le contact faiblement résistant selon l'invention est obtenu en insérant dans la zone de contact, une zone de surface de concent^a-35 tion de dopage plus faible en phosphore que la concentration de dopsge de le, sont. de contact, Un nouveau dopage léger de la zone de contact par me concentration de dopage quelque peu plus élevée en phosphore, peut toutefois être rendu secondaire par l'alliage au cours du traitement thermique avec ou sans la formation d'une phase liquide, quand le métal de contr-nt pénètre dans la sone 4e surface» Les métaux de contact préférés sont l'aluminium et le nictoîl, Toutefois, BAD ORIGINAt, 71 12722 2085989 2 d'autres métaux peuvent être utilisés pour réaliser un contact faiblement résistant en formant un alliage approprié avec le phosphore au cours du traitement thermique mentionné ci-dessus. L'usilisation du procédé selon l'invention est particuli';. ? ement appropriée 5 pour réaliser des contacts faiblement résistants sur des zones de base de type de conductivité P pour des éléments de transistors planaires dans les circuits monolithiques à l'état solide, parce qu'une opération de traitement photollthographi-que et une opération de traitement d'oxydation sont évitées, et que, d'autre part, des structures de dimensions réduites peuvent être obtenues. 10 D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description dé taillés ci-dessous. Bien entendu la description et le dessin ne -soîrt donnés qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures 1 à 7 illustrent partiellement et en coupe la réalisation d'un contact à la zone de base d'un élément de transistor planaire selon l'invention. 1S La figure 8 est une section agrandie de la figure 7 et montre la réalisation du contact à la zone de base, La figure 9 illustre les profils de concentration au-dessous du point de mise en contact dans le corps semiconducteur. Pour fabriquer un élément de transistor planaire dans un circuit monolithi-20 que à l'état solide, un substrat 1 faiblement résistant de type de conductivité P (par exemple 0,2 ohm par cm) est utilisé. Selon la figure 2, une couche 2' dopée N+ avec de l'antimoine est diffusée dans le substrat» D'après la figure 3 sur me couche 3 de conductivité N est diffusée/ la surface du substrat de telle sorte qu'il an résulte une couche intermédiaire fortement dopée 2. 25 La couche épitaxiale 3 présente une épaisseur de 10 microns et une résisti- vité de surface de 1 à 5 ohms par cm. Ensuite, en utilisant le procédé planaire bien connu, selon la figure 4* on insère la zone isolante 4 habituelle pour effectuer la séparation en courant continu des éléments individuels d'un circuit monolithique à l'état solide, ainsi que la zone de contact 5 selon l'invention 30 en diffusant du bore dans la couche 3 de telle sorte que la zone 4 s'étend jusqu'au substrat 1. Cette diffusion est réalisée à une température de 1.220°C tout d'abord pendant une période de 5nn dans une atmosphère d'oxygène sec, et ensuite pendant environ 1 heure et demie dans de l'azote ;la période de diffusion est supposée être juste suffisante pour atteindre la zone P opposée du substrat, et doit être aussi courte que possible afin d'éviter la diffusion de la zone de contact 5 en faisant agir très fortement les donneurs, afin d'amener les dopants N à se diffuser en dehors de la couche intermé \ BAD ORIGINAL 71 12722 2085989 3 'fortement dopé ayant une résistivité de 0,2 ohm par cm, étant donné que le matériau dopant de type P du substrat se diffuse également de manière opposée aux dopants de la zone isolante 4. En conséquence, plus courte est la période de diffusion, plus élevé est le dopage du substrat 1. Les profils de dopage formés 5 à partir de la diffusion extérieure au substrat 1 et de la couche intermédiaire 2 au cours de la diffusion de la zone isolante 4 et la zone de contact 5* sont indiqués par les traits interrompus de la figure 4. Selon la figure 5, une zone de base 6 est formée de la manière habituelle et la zone 6 doit au moins toucher la zone de contact 5- Ensuite, le procédé 10 planaire est réalisé selon la figure 6, en déposant un masque d'oxyde 17 qui, de la manière usuelle, comporte des ouvertures ou des orifices pour diffuser la zone d'émetteur 7, la zone de contact 8 de la zone de collecteur, et selon le procédé objet de la présente invention, une ouverture ou un orifice pour diffuser la zone de surface 9- A travers toutes ces ouvertures ou orifices, du 15 phosphore est diffusé. la diffusion du phosphore est réalisée dans une atmosphère contenant un gaz porteur inerte, de préférence de l'azote ou de l'argon, et un composant de phosphine (Hî^). La concentration de dopage de la zone de surface 9 ne peut pas dépasser, ou seulement légèrement, la concentration de dopage de la zone de contact 5* afin de s'assurer qu'une jonction PN ne se forme pas entre 20 la zone de contact 5 et une zone de surface 9 au cours du traitement thermique. Un léger nouveau dopage pour une concentration de dopage de la zone de surface 9 qui augmente légèrement par rapport à la zone de contact 5» peut être éliminé au cours du traitement thermique sur le dépôt du métal de contact, en laissant le métal de contact pénétrer dans zone de surface 9-25 Après la diffusion réelle du phosphore, il est possible d'oxyder la surface et de produire un vernis invisible délicatement mince de phosphore sur la surface Ce film délicatement mince de phosphore peut être erlevé en quelques secondes en plongeant la plaquette semiconductrice dans une solution diluée d'acide fluorhy-drique. 30 Ceci est suivi,de la manière habituelle,par la réalisation des contacts des zones par évaporation d'aluminium sur la surface totale et par le décapage des conducteurs de contact en utilisant des techniques classiques photolithographi-ques et de gravure. L'aluminium est ensuite agglomère dans les zones à contacter à tine température d'environ 500°C pendant des périodes de 10 à 20 mn dans une 35 atmosphère d'azote. La figure 8 montre la portion 18 en trait interrompu de la figure 7 sur une échelle agrandie. Sur la couche d'oxyde de silicum 17 du corps semiconducteur on monte la ligne en bandes 10 d'aluminium qui contacte la zone 5 à travers l'ouverture ou l'orifice qui est prévu dans la couche d'oxyde de silicum 17. Dans la 4C zone de contact,on monte sur la surface semiconductrice, une zone de surface 9 71 12722 ^ 2085989 dans laquelle l'aluminium est aggloméré . La zone de contact 5 pénètre dans la zone de base 6 qui est dy. même type de conductivité, jusqu'à atteindre la couche in-reduire la termédiaire 2, afin de/résistance de conduction ou de dispersion qui s'étend jusqu'à l'électrode collectrice l6 (figure 7). La figure 9 illustre les profils de concentration de dopage dans une direction perpendiculaire à la suite du semiconducteur au-dessous de la zone de mise en contact de l'électrode de base 10. L'axe des abscisses représente la profondeur. Sur chaque coté de l'origine des ordonnées se trouve la surface du semiconducteur. La couche de mise en contact s'étend sur la gauche de l'origine et, immédiatement au voisinage, vers la droite, il y a une extension de la couche qui est limitée par le trait interrompu 11 et dans laquelle le métal de contact est amené au moyen du traitement thermique mentionné ci-dessus. Comme paramètres sur les courbes, on représente les références numériques des zones correspondantes des figures 1 à 8. En ce qui concerne le dopage de la zone de surface 9 qui est réalisé simultanément avec le dopage de la zone d'émetteur 7 dans l'exemple de réalisation décrit ci-dessus, on doit noter que, en plus d'une limite supérieure au niveau de dopage de la concentration de surface de la zone 9 qui correspond à la concentration de dopage de la zone de contact 5 sur la surface du semiconducteur, il y a me limite inférieure déterminée par le niveau de dopage de la zone d'émetteur 6, limitant un gain en courant du composant de transistor planaire. Incidemment, dans le cas de concentration de surface plus faible, le rendement du dopage de phosphore au-dessous du métal de contact est diminué en ce qui concerne l'amélioration du contact faiblement résistant. On suppose que 1'amélioration du contact résistant est basé sur la formation d'un composé ou bien d'un alliage de phosphore avec le métal de mise en contact. On a réellement démontré que les zones diffusées avec du phosphore sont contactées nettement mieux que les zones diffusées avec du bore, et qu'après l'enlèvement ou le détachement du métal de contact, les zones diffusées avec du phosphore, diffèrent microscopiquement sur leur surface,notamment à partir des zones diffusées avec du bore. Toutefois, quand on réalise la mise en contact, selon le procédé objet de la présente invention, ces différences sont encore notables. Eh conséquence l'utilisation du procédé selon l'invention est particulièrement favorable pour la mise en contact des zones dopées au bore. En plus de l'obtention d'un contact amélioré, on a l'avantage d'éviter une opération complète de traitement photolithographique et une opération de traitement d'oxydation (La dernière oxydation) parce que la fenêtre pour le contact de base est déjà ouverte au cours de la diffusion d'émetteur. Etant donné que cette diffusion d'émetteur s'effectue dans un gaz inerte et dans une atmosphère de gaz protecteur quelque peut réductrice par suite de la présence de phosphine PH^, il 71 12722 2085989 -n'y a pratiquement pas de phosphore inactif électriquement pur précipité sur la surface du semiconducteur qui doit vraisemblablement attaquer le masque silicium-oxyde et la surface exposée du semiconducteur. Eh conséquence, le métal de contact peut être déposé iOTté-iiatement après la 5 dernière opération du traitement photolitiiographique suivant 3,?, diffusion d'émetteur. Dans le cas d'une autre opération de traitement photolitfiograiiiique pour fabriquer les lignes en bandes à partir du métal de contacta on peut facilement engendrer des courts circuits entre les lignes en bandes et le corps semiconducteur par suite de la formation de trous dms le masquage d'oxyde. 10 De plus, étant donné que les ouvertures ou orifices de contact- ou les ouvertures ou orifices de diffusion sont fabriqués ensemble avant la dernière diffusion (diffusion d'émetteur), il est possible d'obtenir des espr-^erronts de sécurité plus faibles et, en conséquence une réduction de la dimension des structures de diodes et des structures de transistors. Eh conséquence, l'utilisation du pro-15 cédé selon l'invention est particulièrement avantageuse, étant donné qu'elle ne nécessite aucune opération de traitement supplémentaire. Au cours de la réalisation de contacts pour la zone de base selon l'exemple décrit précéderaient, les procédés de diffusion planaire sont utilisé?, à, la fois psur la sons d'émetteur et les zones isolantes. 20 Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec tin exemple particulier de réalisation, on eo!tjprendra clairement que ladite description est faite seulement s titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. 7112722 2085989 M. REVENDICATIONS 1, Procédé de formation d'un contact faiblement résistant, sur la surface d'une première zone de type de conductivité P sur un corps semiconducteur en silicium par le dépôt d'un métal de contact qui, après un tr-3;■ - 5 tement thermique, engendre un contact ohmique, caractérisé an ce qu'il comporte les opérations suivantes : - on forme une zone de contact de type de conductivité P dans la première zone, la zone de contact étant plus fortement dopée que la première zone % - on forme une zone de surface dans la zone de contact en diffusent du phosphore 10 dans la zone de contact, le phosphore ayant une concentration de dopage si petite que la zone ne contacte le métal qu'après le traitement thermique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone de surface présente une concentration de dopage plus faible que la concentration de dopage de la zone de contact. 15 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte * en outre,un transistor planaire du type NEN formé dans le corps semiconducteur, la première zone étant la zone de base du transistor et la zone de contact présentant une concentration de dopage plus élevée que la zone de base. 4. Procédé selon la revendication 3* caractérisé en ce qu'il comporte en 20 outre un substrat de conductivité P au-dessous du corps, et une zone isolante entourant le transistor et s'étendant jusqu'au substrat, dans lesquels la zone isolante et la zone de contact sont formées simultanément au cours d'une opération de diffusion utilisant le bore comme matériau de dopage. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la zone de sur-25 face est diffusée à l'intérieur simultanément avec la zone d'émetteur. 6. Procédé selon la revend!cation 1, caractérisé ai ce que la zone de la zone de surface est diffusée dans une atmosphère exempte d'oxygène. 7. Procédé selon la revendication 6,caractérisé en ce que la diffusion de la zone de surface est réalisée dans une atmosphère contenant un gaz porteur inerte 30 d'azote ou d'argon contenant de la phosphine (PH^). 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone de contact est diffusée dans me couche intermédiaire de type N fortement dopée, 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le métal de contact est choisi parmi un groupe comprenant l'aluminium et le nickel.