Brevet FR2061710A1 — publié le 19710625

La présente invention concerne d'une façon générale la fabrication de dispositifs à semi-conducteur et plus particulièrement un procédé de formation, par implantation d'ions, d'une zone localisée dans un corps de semi-conducteur, ce procédé consistant 5 à fomer un premier revêtement sensiblement uniforme sur une surface dudit corps, et à former sur ce premier revêtement un second revêtement sensiblement uniforme. Une des propriétés du procédé de formation par implantation d'ions consistant à introduire des impuretés de contamination dans une surface d'un semi-conducteur, que l-'on souhaite généralement obtenir est que les impuretés de contamination se développent d'une façon sensiblement rectiligne sans déplacement latéral iso-tropique comme dans un procédé par diffusion» Ce développement rectiligne crée cependant un problème en ce sens que les jonctions 15 planes produites par implantation d'ions ne se prolongent normalement pas sous un oxyde de passivation et de protection aux endroits où la jonction intersecte la surface du dispositif. Une manière de résoudre ce problème consiste à implanter les ions de contamination à travers un masques puis à former un 2C nouveau revêtement de protection sur la surface en sorte que les ouvertures pratiquées dans le nouveau revêtement de protection soient plus petites que les ouvertures correspondantes dans le masque. Ce procédé donne évidemment lieu à des jonctions qui s'étendent sous les bords des ouvertures dans le nouveau revêtement. Ce procédé ne donne toutefois pas satisfaction dans de nombreuses applications par le fait qu'il est difficile d'aligner de façon "orécise les ouvertures formées dans le nouveau revêtement avec celles qui existent dans le masque originel. L'alignement devient de plus en plus difficile à réaliser à mesure que décroît la tail-•^le des dispositifs. L'invention a donc pour objet un procédé pour fabriquer des jonctions localisées par implantation d'ions sans que se produise le problème de l'alignement tel qu'il a été évoqué plus haut» Le procédé selon l'invention se caractérise en ce qu'on 3 5 forme une ouverture dans le second revêtement sur la partie du corps de semi-conducteur dans laquelle doit être formée la sons localiséej à soumettre la structure ainsi obtenue à l'action d'un faisceau d'ions de contamination ayant une énergie suffisante pour pénétrer dans le premier revêtement se peur modifier la semi-eon-duct-ivité du corps de semi-conducteur en dessous de l'ouverture 70 33216 2 2061710 formée dans le second revêtement et pour former une jonction P-N, mais ayant une énergie insuffisante pour pénétrer complètement dans la région où le premier revêtement est recouvert par le second revetement, on fait croître 1? épaisseur du second revêtement 5 et l'on rend l'ouverture dans le second revêtement plus petite de telle sorte que le second revêtement recouvre à présent l'intersection de la jonction P-N avec la surface du corps, et on élimine la partie du premier revêtement qui se trouve exposée par l'ouverture qui subsiste dans le second revêtement. Selon une forme de réalisation préférée, on forme sur la surface d'un corps de semi-conducteur une première couche relativement mince constituée d'un premier matériau. On forme sur celui-ci une 3conde couche constituée d'un matériau différent, de préférence conducteur. Â l'aide d'un procédé quelconque bien connu 15 dans le domaine de l'art on forme ensuite une ouverture dans la seconde couche de sorte qu'une partie de la première couche se trouve exposée. On soumet alors la structure ainsi obtenue à l'action d'un faisceau d'ions de contamination ayant une énergie suffisante pour pénétrer dans la première couche exposée et suffisante te pour modifier la conductivité du semi-conducteur sous-jacent, mais insuffisante pour pénétrer complètement dans les parties de la structure où la seconde couche recouvre la première. Une zone localisée se trouve ainsi formée dans le semi-conducteur en dessous de l'ouverture formée dans la seconde couche. 25 On peut ensuite faire en sorte que la couche conductrice devienne plus épaisse grâce à un placage électrolytique, en sorte que l'ouverture formée dans la seconde couche devienne plus petite en dimensions latérales. En se servant de la seconde couche comme masque on élimine ensuite sélectivement, par projection, 3G la partie de la première couche qui est exposée à travers l'ouverture existant dans la seconde couche. Une partie de la surface du semi-conducteur se trouve ainsi exposée, qui est plus petite dans le sens latéral que la zone locale implantée, et la jonctj.cn déterminant la zone déborde ainsi du bord de l'ouverture formée dans 35 la première couche. La projection sélective est un procédé bien connu. Il est évident pour l'homme de l'art que l'on peut aussi former les ouvertures par un processus d'attaque chimique sélective. 70 33216 2061710 Le procédé par masque que l'on a décrit plus haut peut être répété successivement pour former des sones localisées groupées et/ou des zones espacées dans un corps de semi-conducteur-. L'invention apparaîtra plus clairement à la lecture de 5 la description qui va suivre, faite en regard des dessins joints sur lesquels: - les figures 1 à 6 sont des vues en coupe transversale d'un corps de semi-conducteur, montrant les phases successives du procédé selon l'invention, 10 La figure 1 montre une partie d'un corps de semi-conduc teur 11, constitué par exemple de silicium, sur laquelle se trouvent formées plusieurs couches. Une première couche 12 est conti-guë àla surface du semi-conducteur- La couche 12 est"de préférence constituée d'un diélectrique de passivation relativement mince, 15 par exemple une couche d'oxyde de silicium ayant une épaisseur de G,1 micron environ ou plus, obtenue par croissance thermique» D'autres diélectriques peuvent évidemment être utilisés, comme par exemple I'" oxyde d'aluminiums le nitrure de silicium, et l»oxyde de zirconium, et l'on peut aussi utiliser une couche d'oxyde de sili-20 cium fermée par dépôt au lieu dJun oxyde obtenu par croissance thermique. Sur la couche 12 on forme une seconde couche 13 constituée d'un, matériau différent, de préférence conducteur, par exemple l'or, le platine, le nickel, le sirconiua ou toute autre varié-2':- té de conducteur,-Dans un exemple particulier 5 la couche 13 peut consister en une couche û~-or i1 environ 0,1 à 1 micron d'épaisseur s .rai peut atre formée par vaporisation ou projection ou tout autre procédé bien connu dans le domaine de l'art» Selon l'application particulière envisagée et d'après _es matériaux•choisis pour les couches 12 et 13, il peut être souhaitable de prévoir une eu plusieurs couches intermédiaires (non représentées); par exemple pour améliorer 1:adhérence de la coucne *5 à la couene 12. Par exemple., en peut avantageusement utiliser une mines ccucne (quelques centaines -I:ingstronsj de chrome ou ce r.ic 1.si. me couche multiple •. titane et le platine coœme couene intermédiaire entre une couche -5 dor et une couche diélectrique 12. Cette couche intermédiaire n'est cependant pas essentielle pour 1*invention; aussi pour conserver au;-; dessins toute leur clarté et leur simplicité ne l'a-t-on pas représentée. 70 33216 2061710 Une couche de réserve 14 est formée sur la couche 1.3- La couche I4 comporte au moins une ouverture; formée de la manière usuelle, à travers laquelle une partie de la couche 13 se trouve exposée. La structure est alors soumise à inaction d'un agent chi~ 5 mique qui élimine sélectivement le matériau de la partie exposée de la couche 13, mais qui n-attaque pas la couche 14 de façon appréciable, Le tri-iodure de potassium (KI^), par exemple, attaque l'or mais n'attaque de façon sensible ni l'oxyde de silicium ni les matières organiques couramment utilisées pour constituer les 10 réserves. On pourrait également traiter la structure de la figure 1 en sorte que la couche 13, qui se trouve exposée à travers l'ouverture formée dans la couche 14s soit éliminée par projection Si l'on utilise une couche intermédiaire; comme on l'a décrit plus haut, cette couche peut etre éliminée par attaque chimique sélecti 15 ve ou par projection. Comme le montre la figure 35 on élimine alors la couche 14 et la structure résultante est soumise au processus d'implantation d'ions. L'énergie de l'ion de contamination est avantageusement réglée en sorte d'être suffisante pour pénétrer dans la par- 20 tie découverte de la couche 12 et suffisante pour modifier la con-ductivité du semi-conducteur sous-jacent, mais en sorte d'être insuffisante pour pénétrer complètement dans les parties de la structure où la couche 13 recouvre la couche 12. Une jonction P-N 15 se trouve ainsi formée en dessous de l'ouverture dans la cou-25 che 13. Dans le cas particulier où la couche 12 est constituée d'oxyde de silicium de 0,1 micron d'épaisseur et'où la couche 13 est constituée d'or de 1 micron d'épaisseur, un faisceau d'ions de bore ayant une énergie de 100.000 électrons-volts environ forme 30 dans le corps de semi-conducteur 11 une jonction s'étendant jusqu' une profondeur d'environ 0,2 micron à partir de la surface. A ce moment, selon l'invention, on forme dans la couche 12 une ouverture plus petite dans le sens latéral que la zone 16 délimitée par la jonction 15- Comme le montre la figure 4S on fait 35 croître l'épaisseur de la couche 13. par dépôt électrolytique par exemple, en sorte que 1'ouverture dans la couche 13 se rétrécisse dans le sens latéral. Dans le cas particulier où la couche 13 est constituée d'or, on peut déposer de 1-or additionnel dans une solution acide de citrate, selon un procédé bien connu, jusqu'à obtenir l'épaisseur voulue. 70 33216 5 2061710 D'autres procédés peuvent également être utilisés pour faire croître l'épaisseur de la couche 13 « Par exemple, on peut utiliser pour la couche 13 un matériau choisi parmi ceux qui se dilatent par oxydation et qui forment un oxyde ayant de très hau-5 tes qualités isolantes. Après que l'ouverture formée dans la couche 13 ait été rétrécie, la partie de la couche 12, qui se trouve exposée à travers l'ouverture dans la couche 13, est éliminée sélectivement par attaque chimique dans de l'acide fluorhydrique, par exemple, ou par 1C projection. Ce dernier moyen est avantageusement utilisé étant donné que, selon le procédé particulier utilisé, la partie plaquée de la couche 13 peut ne pas adhérer suffisamment bien à la couche 12 autour de ladite ouverture pour résister de façon satisfaisante à l'attaque chimique. Comme on le voit sur la figure 5, il se for-^5 me ainsi dans la couche 12 une ouverture qui est plus petite dans le sens latéral que la zone 16, et une partie de la surface de la zone 16 se trouve ainsi exposée. L'ouverture dans la couche 12 étant formée, la couche 13 peut être éliminée ou subsister comme on le désire pour l'applicâ-2C tion particulière envisagée. Si la couche 13 est conductrice, elle est cependant normalement éliminée afin d?éviter des courts-circuits électriques entre électrodes. La figure 6 montre la structure de la figure 5 après que la couche 13 ait été éliminée. La jonction P-N 15 entre la zone 25 p 16 et le substrat 11 s'étend sous le bord 12A de la couche diélectrique 12. Il va de soi que d:autres montages peuvent être conçus par l'homme de l'art sans pour autant s:écarter de l'esprit de l'invention. 30 C'est ainsi, par exemple, qu'aucune des couches servant de masques ne doit être diélectrique» L'une ou 17autre ou même toutes peuvent être conductrices3 le choix dépend de l'homme de l'art compte tenu de l'application particulière envisagée. D'autre part; le processus que l'on a décrit plus haut 35 peut être répété successivement afin, de former des jonctions P-N espacées ou groupées, par exemple, pour former un transistor, Enfin, bien que dans les exemples décrits on n'ait envisagé qu'une seule zone localisée dans la structure, il va de soi que l'on peut former plusieurs zones localisées ou groupées dans un même corps de semi-conducteur, sous la forme d'un circuit intégré, par exemple. 70 33216 6 2061710 HBVBMDICATIONS. 1.- Procédé pour former, par implantation d'ions, d'une zone localisée dans un corps de semi-conducteur, ce procédé consistant à former un premier revêtement sensiblement uniforme sur une 5 surface dudit corps, et à former sur ce premier revêtement un second revêtement sensiblement uniforme, caractérisé en ce qu'on forme une ouverture dans le second revêtement sur la partie du corps de semi-conducteur dans laquelle doit être formée la zone localisée, à soumettre la structure ainsi obtenue à l'action d'un fais-ceau d'ions de contamination ayant une énergie suffisante pour pénétrer dans le premier revêtement et pour modifier la semi-con-ductivité du corps de semi-conducteur en dessous de l'ouverture formée dans le second revêtement et pour former une jonction P-N, mais ayant une énergie insuffisante pour pénétrer complètement dan ^5 la région où le premier revêtement est recouvert par le second revêtements on fait croître l'épaisseur du second revêtement et l'on rend l'ouverture dans le second revêtement plus petite de telle sorte que le second revêtement recouvre à présent l'intersection de la jonction P-N avec la surface du corps, et on élimine 20 la partie du premier revêtement qui se trouve exposée par l'ouverture qui subsiste dans le second revêtement, 2Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier revêtement est constitué d'un matériau non conducteur et en ce que le second revêtement est constitué d'un matériau ^5 conducteur. 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on fait croître l'épaisseur du revêtement conducteur par placage électrolytique. 4°- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce 30 qu'on forme un premier revêtement non conducteur sensiblement uniforme sur une surface du corps de semi-conducteur, on forme un second revêtement conducteur- sensiblement uniforme sur et contigu au premier revêtement, on forme une ouverture dans le revêtement conducteur sur la partie du corps dans laquelle doit être formée 3 5 la zone localisée, on soumet la structure ainsi obtenue à l'action d'un faisceau d'ions de contamination ayant une énergie suffisants pour pénétrer dans le premier revêtement non conducteur et suffisante pour modifier la ssmi-conductivité dudit corps en dessous de 1'ouverture formée dans le revêtement conducteur mais ayant une énergie insuffisante pour pénétrer complètement dans la région où 70 33216 7 2061710 le revêtement conducteur recou/re le revêtement non conducteur, on procède au placage électr-oly tique du second revêtement conducteur en sorte d'en faire croître l'épaisseur et rétrécir i3ouverture formée dans ^-e revêtement conducteur, et on élimine la parti du premier revêtement non conducteur qui se trouve exposée par l'ouverture qui subsiste dans le revêtement conducteur. 5." Procédé selon la revendication 4 s caractérisé en ce que le matériau constituant ie revêtement non conducteur est choi dans le groupe comprenant 1;oxyde de silicium, le nitrure de sili ciura et l'oxyde d9aluminium, et en ce que le matériau constituant 1e revêtement conducteur est choisi dans le groupe comprenant l5or, 1e platine3 le nickel et le zirconium. 6Procédé selon la revendication 4S caractérisé en ce que la partie du revêtement non conducteur qui se trouve exposée par l'ouverture subsistant dans le re/êtement conducteur est éliminée par projection»