Brevet FR2072111A1 — publié le 19710924

Cette invention concerne en général la fabrication de dispositifs semiconducteurs, spécialement ceux qui sont fabriqués au moyen de la technologie des circuits intégrés. L'invention concerne spécialement les améliorations 5 apportées lors de la formation des transistors et des dispositifs semblables, qui sont construits avec des régions notamment des émetteurs extrêmement étroits. Afin d'apprécier les problèmes que la présente invention a pour but de surmonter, on considère qu'une certaine information concernant les aspects 10 fondamentaux de la technologie de circuits intégrés est désirable. Bien qu'une telle information sera donnée, on doit comprendre que la présente invention ne se limite pas seulement aux cas dans lesquels des ensembles importants de circuits intégrés semiconducteurs et similaires sont conservés intacts dans une pastille ou monolithe sous forme d'une entité physique unique, mais 15 l'invention s'applique aussi aux cas où un nombre important de dispositifs sont fabriqués simultanément dans la même pastille, et sont ensuite séparés et traités comme le serait une entité unique. De la discussion ci-dessus, on reconnaîtra que le terme "circuits intégrés" recouvre une variété importante de techniques et formes. On peut dire, 20 en parlant généralement, que quelque soit la technique spécifique utilisée, les dispositifs actifs et passifs sont crés dans la pastille par des opérations de diffusion qui peuvent Str'é exploitées pour produire des profondeurs variables de pénétration d'impûreté à l'intérieur de la pastille ou du monolithe, ce qui crée des régions enterrées définissant les dispositifs actifs ou passifs. 25 Quant on se réfère plus spécifiquement à la formation des dispositifs à transistors à l'intérieur d'une pastille ou monolithe, on utilise souvent le terme "planaire" dans de telles fabrications. En effet la formation d'une structure planaire, on applique des techniques photolithographiques classiques sur une surface de la pastille revêtue d'isolant pour créer des configurations 30 de masquage de diffusion et produire des dispositifs à transistors caractéristiques. Dans le cas du silicium, qui est le semiconducteur le plus couramment utilisé aujourd'hui, un oxyde génétique CSiO^) est habituellement formé à la surface. Une séquence d'étapes de diffusion appropriée est réalisée pour produire les régions nécessaires à l'intérieur de la pastille. Ainsi, des 35 diffusions sélectives à travers les ouvertures des revêtements d'oxyde sont effectuées pour former les régions base, émetteur et quelque fois collecteur, du transistor. En plus de la formation des régions nécessaires pour qualifier les dispositifs à réaliser à l'intérieur de la pastille, il est indispensable d'y 40 réaliser les contacts électriques. En conséquence, il devient nécessaire de commander avec une grande précision le positionnement des masques photo- gad original 70 43236 2072111 graphiques successifs qui sont utilisés, de tels masques ne servant pas seulement à former les régions du dispositif, mais à créer des ouvertures limitées qui permettront le contact avec ces régions au moyen de conducteurs métalliques pour réaliser les connexions électriques avsc-ces régions du dispositif. 5 La difficulté devient importante lorsque le nombre dB ces âtapes de masquage est augmenté, étant bien compris que des opérations de masquage successives nécessitent un alignement très précis des masques photographiques qui définissent les zones en relation proche qui doivent être ouvertes dans le matériau photorésistant. De telles procédures font, naturellement, parties des techni-10 ques de fabrication de masques, telles qu'elles sont, couramment.utilisées aujourd'hui. Certaines des difficultés d'alignement de, masques auxquelles on a fait allusion ci-dessus ont été surmontées par une technique décrite dans l'art antérieur. Cette technique met en cause l'utilisation de la couche de passi» 15 vation comme partie du masque de diffusion. Une telle technique est extrêmement avantageuse en ce qu|elle permet à la mSme ouverture qui est utilisée dans la diffusion de l'émetteur d'être de nouveau utilisée pour réaliser le contact à un tel émetteur. En d'autres termes, certaines étapes de masquage successif» ves réalisées normalement dans la diffusion de l'émetteur et, ensuite, la 20 réalisation du contact sont évitées. Cela pour la raison que l'ouverture•. utilisée pour la diffusion des impûretés pour créer l'émetteur.est laissée intacte. La préservation de l'ouverture permettant la diffusion de l'émetteur provient du fait que l'on a une couche de passivation, telle.que du nitrure de silicium, recouvrant la couche d'oxyde de silicium, de telle sorte que 25 lorsque l'on réalise ce que l'on appelle un décapage "dipeteh" la couche de nitrure de silicium de recouvrement résistera au décapant, protégeant ainsi l'oxyde de silicium sous jacent. Tout oxyde de silicium formé avec précision à l'intérieur des ouvertures sera éliminé par le .décapant, mais nulle part ailleurs. Oe là, il ne peut y avoir aucun agrandissement de l'ou-30 verture de diffusion. En conséquence, on appréciera que la technique décrite dans l'art antérieur est ingénieuse pour surmonter les difficultés d'alignement de masques associées avec les étapes de masquage successives pour la formation d'un émetteur et de son contact. De plus, cette technique présente l'avantage 35 important que le matériau qui servira finalement comme couche de passivation pour les circuits intégrés est utilisé pour supprimer les difficultés d'alignement de masques. La présente inventipn, tout en utilisant les avantages inhérents à la technique de l'art antérieur, les améliore du fait que, une seule opération 40 de décapage est réalisés sur la couche de passivation .lorsque cette dernière bad original • 70 43236 2072111 est formée pour recouvrir la couche d'oxyde de silicium. Les étapes initiales pour la formation à la fois de l'ouverture Cou fenêtre) émetteur, et l'ouverture ou des ouvertures de contact pour la région base, sont réalisées simultanément dans la couche de passivation de recouvrement. 5 Ainsi, en résumé, un point important de la présente invention réside dans une technique qui comprend la formation sur la surface d'un substrat semiconducteur d'une couche de SiC^ classique, le recouvrement de cette couche d'oxyde par une couche (ou film) de passivation, constituée de préférence de nitrure de silicium, et la formation simultanée dans ce dernier film des 1Q ouvertures qui serviront à définir la région émetteur, les ouvertures de contact base, et tous les contacts aux autres dispositifs telles que les résistances et les condensateurs. La matériau de ces films de passivation, résistant au décapant qui attaque facilement la couche d'oxyde, est en conséquence capable d'agir pour éviter le décapage non désiré de cette couche 15 sous jacente, tout en permettant le décapage de l'oxyde de silicium dans les zones choisies non recouvertes par le film de passivation. Selon un fait plus spécifique de la présente invention, la film sous jacent mentionné précédemment d'oxyde de silicium est utilisé sélectivement pour empêcher la diffusion d'une impQreté dans les ouvertures du contact 20 de base, alors que la diffusion se produit dans le substrat à l'ouverture émetteur. En d'autres termes, bien qu'à la fois la diffusion émetteur et les ouvertures de contact de base aient été formées initialement à travers le film de passivation et de recouvrement, seule l'ouverture de diffusion émetteur est agrandie pour permettre la diffusion dans le substrat des impûretés 25 nécessaires pour créer l'émetteur. L'oxyde restant aux ouvertures de contact de base agit pour éviter la diffusion de ces impûretés. De plus» comme cela sera rendu plus clair à partir de la description détaillée, une fois que l'ouverture de diffusion émetteur et les ouvertures de contact de base ont été initialement formées ensembles de la façon déjà notée afin de pénétrer 30 à travers le film de passivation, l'étape de décapage sélectif suivante, qui est nécessaire pour atteindre la surface du substrat afin de terminer l'ouverture de diffusion émetteur dans le film d'oxydede silicium, est réalisée sans la nécessité d'un alignement de masque critique. De façon semblable, les étapes de décapage successives, comme on peut les appeler pour la formation 35 d'autres régions à l'intérieur du substrat, peuvent être réalisées sans que l'alignement de hase soit critique. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de l'exposé qui suit, fait en référence aux dessins annexés à ce texte, qui représentent un mode de réalisation préféré de celle-ci. 40 On se réfère aux figures 1 - 8, qui illustrent' la technique de la présente 70 43236 4 2072111 invention à l'aide d'une série de vues en coupe d'une partie d'une pastille semiconductrice. Dans un but de simplicité, on représente un type de disposi. • tif caractéristique dans uns partie 10 d'une pastille dans laquelle ont été formés plusieurs dispositifs similaires. On représente une région base 12 5 d'un transistor typique, qui a été produite par l'application des procédures photolithographiques à la surface supérieure de la pastille, la pastille ayant été revôtue avec un revêtement isolant 14 dans ce but. Dans la figure 1, la pastille semiconductrice est représentée à une étape ultérieure à celle de la diffusion de la région base 12. La partie 10 relativement épaisse de la couche 14 est le masque d'oxyde utilisé précédemment contre la diffusion des impûretés et recouvrant la surface de pastilles sauf sur les ouvertures choisies pour réaliser une telle région base 12. Après la formation de la région base, la zône de surface de la pastille délimitée par l'ouverture est oxydée d'une quantité limitée afin de former une 15 partie 14a ayant une épaisseur de 700 A. En conséquence de la formation de la partie 14a, l'oxyde de silicium recouvre maintenant de façon continue la région base. On se réfère maintenant à la figure 2, on forme la couche 16 afin de recouvrir de façon continue la couche 14, la couche 16 étant constituée de préférence de nitrure de silicium comme matériau de passivation. 20 Lorsque le nitrure de silicium est le matériau choisi, on obtient la couche 16 par le dépôt en phase vapeur d'un tel nitrure jusqu'à une épaisseur appro- > ximative comprise entre 500 et 2500 A. On fait barboter un mélange d'azote pur à travers du.tétrachlorure de silicium et on le fait frapper le substrat de semiconducteur chauffé pour obtenir un dépôt de nitrure par décomposition 25 thermique simple. Ensuite, on se réfère aux figures 3 et 4, on applique les techniques photolithographiques classiques sur la surface supérieure du film de nitrure 16, en utilisant un film photorésistant 20 pour délimiter les ouvertures nécessaires dans un tel film. On doit remarquer que, si on le désire, on 30 peut utiliser une couche mince supplémentaire d'oxyde de silicium comme résistant de décapage avant l'application du photorésistant, afin de recouvrir la couche de nitrure 16. Le film photorésistant 20, comme on le sait bien, peut être constitué de KPR ou d'autres matériaux semblablesj il est appliqué sur la surface supérieu-35 re de la structure et exposé convenablement à la lumière ultraviolette de façon bien connue pour fermer la configuration désirée des ouvertures. Après développement de ia configuration du photbrésistant, un décapant approprié est appliqué par les ouvertures crées dans le photorésistant afin d'attaquer la couche de nitrure 16 et produire les ouvertures 22, 24 et 26. Dans ce 40 cas, où sst le matériau choisi,;le décapant utilisé est 1'hypophosphate 70 43236 5 2072111 d'ammonium (NH^ h^JPo-^ï. Ce décapant a été choisi de façon à attaquer seulement le nitrure de silicium et de là il n'agira pas sur la couche sous-jacente 14a d'oxyde de silicium présente au fond des ouvertures 22, 24 et 26 formées maintenant dans la couche 16.. 5 L'ouverture 24 doit Stre utilisée pour créer la région émetteur du tran sistor, alors que les ouvertures 22 et 26 doivent être utilisées pour définir les ouvertures du contact de base ultérieures qui sont nécessaires. On doit remarquer spécialement que toutes les ouvertures citées précédemment ont été obtenues à partir d'une étape photolithographique unique et par conséquent, 10 toutes les ouvertures sont espacées et disposées parfaitement par rapport les unBS des autres. On utilise maintenant un nouveau masque photorésistant, comme représenté dans la figura 5 sous forma du film 28 de KPR ou un similaire. On produit une nouvelle configuration dans le film 28 de telle sorte que l'ouverture 15 émetteur précédemment formée 24 puisse Stre prolongée par décapage de la couche 14a d'oxyde de silicium vers la surface de la pastille. On peut affec» tuer la décapage de la couche 14a par l'utilisation d'un décapant convenable, telle qu'une solution mélangée de fluorure'd'ammonium et d'acide fluorhydrique. Après l'élimination du film d'oxyde de silicium mince de l'ouverture 20 émetteur et du photorésistant, on réalise une opération de diffusion pour produire la structure représentée dans la figure 6, dans laquelle on montre la région émetteur 30 créée par une telle opération de diffusion. On réalise cela en utilisant comme impûreté de l'arsenic, et en chauffant à une température de 1000°C durant 85 minutes dans une capsule de quartz scellée. Par des 25 commandes convenables utilisées durant l'opération de diffusion, le film d'oxyde mince 14a restant, dans les ouvertures des contacts base 22 et 26 permet d'éviter l'entrée des impOretés dans la pastille à l'emplacement de ces points. On doit spécialement remarquer que l'opération de masquage pour réaliser 30 l'ouverture 24 et permettre la diffusion émetteur ne met pas en cause une étape d'alignement de masque très précise*. Cela parce, que. l'ouverture de diffusion a été commencée dans la couche de nitrure de. silicium 16, son extension à travers la couche d'oxyde de silicium est par conséquent déterminée par cette ouverture dans le nitrure de silicium. En; conséquence, m§me s'il 35 y a une certaine imprécision dans l'alignement, cala n'affectera pas la géométrie de l'ouverture finale à travers îa couche 14a. En d'autres termes, le masquage initial pour créer l'ouverture 24 limite la valeur latérale de l'ouverture terminée, puisqu'il n'est pas possible de décaper le film d'oxyde de silicium 14a à une valeur supérieure à laquelle la couche de nitrure de 40 silicium a déjà été décapée. Comme on l'a déjà expliqué, la couche de nitrure 70 43236 2072111 de silicium de recouvrement 16 agit effectivement pour abriter la couche d'oxyde de silicium 14a. Après la diffusion émetteur, une opération photolithographique non critique semblable peut Être réalisée pour prolonger les ouvertures des cotacts 5 de région basej cela signifie, pour agrandir les ouvertures déjà formées 22 et 26 à travers la couche de silicium 14a vers le substrat. L'extension des ouvertures 22 et 26 nécessite l'application d'une autre couche mince classique 32 de KPR ou un similaire [figure 7). Dans l'approfondissement de ces ouvertures, un autre aligneme.nt de masque non critique est concerné, 10 semblable à celui dont on a parlé ci-dessus avec la formation de l'ouverture de diffusion émetteur. On se réfère maintenant a la figure .8, on décrit la formation des connexions individuelles nécessaires 34 et 36 vers les régions actives. Selon la réalisation classique, cela met en cause le décapage sélectif d'un film métal-15 lique mince déposé. On appréciera que le procédé de décapage pour réaliser ces connexions est simplifié de façon importante en ce qu'un alignement précis peut Stre facilement obtenu. Cela pour la raison que les connexions formées simultanément doivent simplement Stre appariées avec leurs ouvertures correspondantes qui ont été simultanément formées initialement comme décrit avec la 20 figure 4. On doit comprendre quB selon la présente invention, on peut obtenir des rendements beaucoup plus élevés et les dispositifs fabriqués auront des caractéristiques de fonctionnement meilleur. Cela est une conséquence de l'amélioration obtenue par le fait qu'une seule opération de décapage est 25 réalisée sur la couche de passivation et que l'on obtient toutes les ouvertures dont on a besoin en une étape, ce qui assure un espacement parfait. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur le dessin, les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut 30 y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles, sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. bad original 70 43236 7 2072111 REVENDICATIONS 1.» Procédé de fabrication de dispositifs semiconducteurs du genre comportant une étape de formation d'un masque de diffusion à la surface du substrat semiconducteur, ce dit masque comprenant un premier film qui peut Stre atta- B qué par un premier décapant mais qui reste insensible à l'action d'un deuxième décapant et un deuxième film qui peut être attaqué par le deuxième décapant mais qui rests insensible à l'action du premier décapant, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes supplémentaires suivantes: a. formation à chaque site du dispositif choisi de plusieurs ouvertures 10 dans ledit second filmj et agrandissement d'au moins une première ouverture à travers lBdit premier film pour atteindre le substrat semiconducteur» b. formation sélective d'une région d'un type de conductivité choisi, à la surface du dispositif semiconducteur à travers ladite ouverture agrandie» c. enfin agrandissement d'au moins une seconde ouverture à travers ledit 15 premier film pour atteindre le substrat semiconducteur. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape (b) comprend la diffusion d'une impQreté active à travers ladite premier ouverture agrandie dans ledit masque, le premier film agissant aux emplacements des autres ouvertures pour bloquer ladite impQreté. 20 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape de formation de métallisation pour contacter sélectivement la région du dispositif formée à travers ladite première ouverture et le substrat à ladite seconde ouverture. 4.*» Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend l'ê-25 limination sélective de tout oxyde formé lors de l'étape (bJ sur ladite surface du substrat. 5.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend la formation d'une configuration photorésistante sur ledit second film, le développement de ladite configuration afin de former ensemble toutes les ouver- 30 tures proches nécessaires pour chaque type de dispositif choisi» la formation successive de configurations photorésistantes individuelles pour agrandir l'une desdites ouvertures afin de permettre la diffusion d'une impQreté et d'obtenir la formation de contacts auxdites autres ouvertures.