Brevet FR2088436A1 — publié le 19720107

L'invention conotrne un procédé pour fabriquer un composant à sMiiconducteurs avec une jonction p-n se terminant sons une couche de masquage, dans une couche de semiconducteur' d ' un premier t\pe de conduction. Dans un procédé connu pour fabriquer un transistor suivant la technologie planar, on dépose sur une pastille de semiconducteur d'un premier type de conduction, un matériau semiconducteur épitaxial d'un autre type de conduction. La zone du premier type de conduction sert de collecteur, la zone de l'autre type de conduction sert de base. Par application de la technique usuelle de photogravure, une zone servant d'émetteur du premier type de conduction, est incorporée par diffusion à l'aide d'un masque dans la base de sorte qu'il se forme par.exemple un transistor npn, Pour l'isolement électrique d'autres composants, disposés sur la même pastille, un cadre d'isolement est réalisé par diffusion autour du transistor. Ce procédé est particulièrement compliqué dans le cas de transistors de puissance à couches épitaxiales épaisses et présente de nombreux inconvénients. Ces inconvénients peuvent consister en une forte rétrodiffusion par laquelle l'épaisseur et la résistance de la couche épitaxiale sont modifiées. De plus de longues durées de diffusion sont nécessaires avec application de températures élevées. De ce fait, ce procédé est d'une part coûteux et d'autre part, la durée de vie des porteurs de charge minoritaires dans la couche épitaxiale est diminuée. 11 apparaît aussi une diffusion perturbatrice d'impuretés. Dans des transistors fabriqués suivant la technologie mésa la jonction p-n entre collecteur et base ne se termine pas sous la couche d'oxyde. Il en résulte de mauvaises caractéristiques de blocage pour la jonction collecteur base. Par contre la présente invention a pour but de créer un procédé simple pour fabriquer des composants planar, qui sont séparés mécaniquement des composants voisins, et dans lesquels les jonctions p-n se terminent sous la couche d'oxyde. Ce procédé doit en particulier convenir à la fabrication de transistors de puissance. Ce résultat est atteint conformément à l'invention grâce au fait que des évidements sont ménagés dans la couche de 71 16553 ? 2088436 semiconducteur jusqu'au voisinage au moins de l'autre couche de semiconducteur de l'autre type de conduction prévue sous la première couche de semiconducteur d'un premier type de conduction, que la substance dopante est incorporée par diffusion à partir de ces évidements dans les zones voisines des évide-inents, de sorte que la jonction p-n entre la première couche de semiconducteur d'un premier type de conduction et l'autre couche de semiconducteur se termine sous la couche de masquage. Dans les composants fabriqués suivant ce procédé, les jonctions p-n se terminent, à l'inverse du transistor mésa connu, sous la couche d'oxyde de protection qui a une influence favorable sur les caractéristiques électriques. L'isolement électrique du composant est garantie, des courts-circuits ou des conséquences défavorables du cadre d'isolement ne peuvent pas se produire. De façon avantageuse il convient de graver ces évidements pour le moins assez profondément pour que la somme de leur profondeur et de la profondeur de pénétration de la substance dopante soit égale à l'épaisseur d'une première couche de semiconducteur. C'est alors seulement qu'on est assuré d'obtenir un jonction p-n coudée sous la couche de masquage. Une forme de réalisation de l'invention est caractérisée-par le fait que simultanément au dopage des zones voisines des évidements, une première couche de semiconducteur est dopée partiellement, à travers une fenêtre dans la couche de masquage qui est pourvue des structures souhaitées, avec la substance dopante de l'autre type de conduction (diffusion d'émetteur). Un transistor peut ainsi par exemple, être fabriqué facilement et rapidement. La jonction base-collecteur du transistor se termine sous la couche d'oxyde. L'utilisation du phosphore comme substance dopante de l'autre type de conduction (conduction de type n) s'est révélée favorable par exemple pour la fabrication d'un transistor npn. Le bore convient comme substance dopante lorsque l'on désire obtenir un transistor pnp. Un mélange d'acide nitrique et d'acide fluorhydrique est approprié à la gravure des évidements . A titre d'exemple on a décrit ci-dessous un mode d'exécution du procédé suivant l'invention et illustré en coupe au dessin annexé une forme de réalisation du dispositif qui en 71 16553 3 2088436 résulte. On dépose de façon épitaxiale sur un substrat de semiconducteur en silicium 1 à conduction de type n+ une couche de sein i conducteur en silicium 3 à conduction de type £ de valeur ohmique supérieure. Le substrat de semiconducteur 1 sert de collecteur dans le composant achevé, la couche de semiconducteur sert de base. La couche de semiconducteur 3 est pourvue d'une couche? de masquage 5« dans laquelle des évidements 7, 9 sont ménagés à l'aide de la technique de photogravure (figure l), de sorte qu'il apparaît un réseau non recouvert par la couche de masquage 5 sur la couche de semiconducteur 'J. La couche de masquage 5 est constituée par un oxyde fabriqué thermiquement, par exemple du dioxyde de silicium. La couche 5» ainsi structurée, sert de masque pour le processus de gravure ultérieur, au moyen duquel les évidements 7» 9 sont approfondis jusqu'au substrat 1. (figure 2). Comme agent corrosif on utilise un mélange d'acide nitrique et d'acide fluorhydrique, dont le taux de corrosion pour le silicium est plusieurs fois supérieur à celui pour le dioxide de silicium. De ce fait on est assuré que, d'une part la couche de semiconducteur 3 à conduction de type £ est traversée et d'autre part qu'il subsiste une couche de masquage 5 suffisante pour la diffusion d'émetteur devant être effectuée u1térieurement. La fenêtre d'émetteur 11 dans la couche de masquage 5 est mise à nu à l'aide d'un autre processus photo1ithographi-que. Le phosphore est alors incorporé par diffusion à travers la fenêtre I1 dans la couche de semiconducteur 3 de sorte qu'il se forme une zone d'émetteur 13« Simultanément le phosphore diffuse aussi à partir des évidements 7» 9 dans les zones de la couche; de semiconducteur 3 à conduction de type £ qui sont voisines des évidements 7» 9. Finalement un changement de dopage a lieu ici, de sorte qu'il se forme des zones 17> 19 à conduction de type n qui sont solidaires -lu substrat de semiconducteur 1 à conduction de type n, ce qui est indiqué sur la figure par des lignes en pointillé 21 et des zones 17» 19 munies de hachures plus serrées. La jonction p-n entre base et collecteur se termine ainsi sous la couche isolante 5» étant donné que les zones 17» 19 en raison de leur dopage identique sont à attribuer au collecteur pendant ce processus de 71 16553 4 2088436 diffusion, une couche de verre au phosphore 23 se forme sur la surface de la structure. Simultanément des couches de dioxyde de silicium 24, 25» 29 se forment dans les évidements 7, 9 et dans la fenêtre d'émetteur entre la couche de verre 5 au phosphore 23 et le matériau semiconducteur. Des fenêtres de contact 27, 28 et une fenêtre de contact 30 sont respectivement ménagées dans la couche de masquage 5 et dans la couche de dioxyde de silicium 29 à l'aide de la technique photographique usuelle. Simultanément 10 la couche de dioxyde de silicium au fond des évidements 7» 9 subit une corrosion. Les fenêtres 27, 28, 30 sont remplies avec un métal de contact 37» 38, ho. Ceci peut s'effectuer à l'aide d'une technique de masquage ou par vaporisation sur toute la surface en utilisant la technique photographique 15 ou à partir d'une solution par galvanisation. Finalement le substrat de semiconducteur est sectionné par corrosion ou mécaniquement au niveau des évidements 7, 9, dont le fond avait déjà été libéré auparavant de la couche de dioxyde de silicium, ce qui est représenté sur 20 la figure 3 par les lignes 35 en trait mixte. Par conséquent les évidements 7, 9 remplissent simultanément, de façon avantageuse, deux fonctions dans ce procédé : d'une part ils servent à la formation des zones 17» 19 qui permettent à la jonction bast—collecteur de se terminer 25 sous la couche de masquage 5. D'autre part ils permettent un sectionnement, facile du substrat de semiconducteur 1 le long des lignes 35 pour la construction de composants individuels. 71 16553 2088436 i? £ V i: \ J I C A T I 0 N s 1. Procédé pour fabriquer un composant à semiconducteurs avec une jonction p-n se terminant sous une couclie de masquage, dans une couche de semiconducteur d'un premier type de conduction, caractérisé par le fait que des évidements sont ménagés dan^ la couche de semiconducteur jusqu'au voisinage au moins de l'autre couche de serai conducteur de l'autre type de conduction prévue sous la première couche de semiconducteur d'un premier type de conduction, que la substance dopante est incorporée par diffusion à partir de ces évidements dans les zones voisines des évidements, de sorte que la jonction p-n entre la première couche de semiconducteur d'un premier type de conduction et l'autre couche de semiconducteur se termine sous la couche de masquage. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les évidements sont gravés pour le moins assez profondément pour que la somme de leur profondeur et de la profondeur de pénétration de la substance dopante de l'autre type de conduction dars la première couche de semiconducteur d'un premier type de conduction soit égale à l'épaisseur de la première couche de semiconducteur d'un premier type de conduction. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que simultanément au dopage des zones voisines des évidements, une première couche de semiconducteur est dopée partiellement, à travers une fenêtre dans la couche de masquage qui est pourvue des structures souhaitées, avec la substance dopante de l'autre type de conduction. 't. Procédé suivant l'une des revendications 1, 2 ou 3» caractérisé par le fait que l'on utilise le phosphore comme substance dopante de l'autre type de conduction. 5. Procédé suivant l'une des revendications 1, 2 ou 3 caractérisé par le fait que l'on utilise du bore comme substance dopante de l'autre type de conduction. (j. Procédé pour fabriquer un transistor de puissance suivant l'une des revendications 1, 2, 3 ou 5» caractérisé par le fuit que la première couche de semiconducteur sert de base et l'autre couche de semiconducteur sert de collecteur, qu'après la gravure des évidements à travers la couche de 71 16553 6 2088436 masquage structurée, la diffusion de l'émetteur et la diffusion simultanée, avec la même substance dopante, des zones voisines des évidements, sont réalisées de telle façon que la jonction base-collecteur se termine sous la couche de masquage, une couche d'oxyde se formant pendant cette diffusion dans les fenêtres de la couche de masquage et dans les évidements, que, après dégagement de la fenêtre de contact les métallisa-tions souhaitées sont effectuées et que finalement l'autre couche de semiconducteur de l'autre type de conduction est sectionnée pa^ corrosion ou mécaniquement au niveau des évidements . 7. Procédé suivant l'une des revendications 1, 2, 3 ou 6, caractérisé par le fait qu'une couche de semiconducteur est déposée de façon épitaxiale sur un substrat de semiconducteur. 8. Procédé suivant l'une des revendications 1, 2, 3, h, 5, 6 ou 7, caractérisé par le fait que l'on utilise un mélange d'acLde nitrique et d'acide fluorhydrique pour la gravure des eviuements,