Brevet FR2060067A1 — publié le 19710611

i 2060067 La présente invention est relative à des dispositifs semiconducteurs et concerne plus particulièrement des transistors du type PNP. Des impuretés ou des défauts mécaniques présents sur la sur-5 face de matériaux semi-conducteurs ou au voisinage de celle-ci peuvent affecter désavantageusement leurs caractéristiques électriques. En général, ceci est vrai pour un dispositif au silicium du type planar. Dans un tel dispositif des impuretés à l'interface de la surface en silicium et d'un revêtement en silice ou au voi-10 sinage de cette interface peuvent provoquer l'effet de'formation de canaux". Cet effet consiste principalement en l'inversion d'une zone superficielle ou d'une partie de celle-ci, d'un type de con-ductivité à un type de conductivité opposé. Cette inversion peut court-circuiter la région, si elle existe sur toute la surface de 15 celle-ci. Lorsque la résistivité d'une région est augmentée, la tendance de formation de canaux devient plus prononcée, alors qu'au contraire si la résistivité diminue, cette tendance diminue également. Par conséquent, on peut éviter souvent complètement l'existence de 20 canaux dans une région, en dopant fortement une bande superficielle étroite de la région. Toutefois, s'il existe des canaux sur les côtés opposés à la bande fortement dopée, le court-circuit peut toujours se produire. Des impuretés conductrices sur ou dans la bande peuvent interconnecter des canaux en travers de celle-ci. De 25 plus, un défaut d'alignement peut donner naissance à une bande incomplète. Cela peut laisser un parcours sur lequel un canal peut former un court-circuit à travers une région. Il résulte de ce qui précède que ces bandes fortement dopées ou "anneaux de protection", comme on les appelle parfois, sont réalisés avec une largeur con-30 sidérable. En fait, dans certaines applications, à peu près toute la zone superficielle d'une région susceptible de. subir la formation de canaux est fortement dopée afin de former un anneau de protection élargi. Les transistors au silicium planars du type PNP sont souvent 35 sujets à la formation de canaux en travers de la surface de la région de collecteur. Dans un tel transistor du type PNP on peut former une région diffusée de type P+ sur toute la surface de collecteur à l'exception d'une bande étroite entourant la région de base. Toutefois, le traitement de diffusion du type P+ nécessite 40 l'enlèvement préalable du revêtement épais d'oxyde sur la surface 70 27569 2 2060067 de collecteur. L'épaisseur du revêtesent en silice qui est -formé à nouveau par-dessus la région de type P+ est faible par rapport à celle du revêtement d'oxyde qui est formé par les effets --ânnulatifs de tous les stades du procédé de fabrication. 5 La dimension réduite d'un grand nombre de dispositifs planars entraîne souvent 1 'utilisation de contacts du- type à recouvrement obtenus par évaporation afin de réaliser les connexions électriques avec lés régions de base et d'émetteur. Ces contacts de recouvrement de base et d'émetteur -comprennent, en général, une 10 petite portion d'électrode qui est reliée, et venue de matière, avec une portion de liaison -relativement importante à, -laquelle on peut fixer un fil conducteur. Les portions d'électrode-des "contacts sont reliés électriquement aux régions respectives de base et d'émetteur à travers des petites ouvertures prévues dans "le revêtement 15 d'oxyde qui recouvre les régions. Les contacts s'étendent, à partir de l'électrode, sur la surface exposée de l'oxyde vers la portion de liaison qui recouvre la région de collecteur. Des connexions de circuit externes sont reliées à cette portion de liaison du contact de recouvrement. Ces connexions externes sont réalisées habituelle-20 ment par des techniques de liaison par pression classiques, telles que la compression thermique ou la liaison par ultra-sons. On a trouvé que si un anneau de protection élargi est utilisé sur toute la surface du collecteur, l'oxyde mince recouvrant cet anneau de protection peut être détérioré par la pression de la 25 compression thermique ou par les opérations de liaison par ultrasons. De plus, cet oxyde doit être imperméable pour résister aux différences de potentiel entre d'une part le collecteur et la base et d'autre part entre l'émetteur et le collecteur. Il peut résulter des opérations de liaison mentionnées ci-dessus, qu'un court-circuit 30 peut se développer sous les portions de liaison des fils conducteurs de l'émetteur et la base. Les conditions fâcheuses dans lesquelles un court-circuit peut se développer ne sont pas toujours apparentes immédiatement. Toutefois, le revêtement d'oxyde peut être suffisamment affaibli pour qu'ultérieurement ces conditions apparais-35 sent et diminuent la fiabilité ea service du dispositif. La présente invention fournit un moyen- pour empêcher les craquelures de l'oxyde dans un transistor à liaisons par fils, sans compromettre pour autant les avantages inhérents à l'emploi d5ua anneau de protection élargi,'et un procédé pour fabriquer un tel 40 transistor, en particulier un transistor planar au silicium du 70 27569 3 2060067 type PNP. Dans un dispositif semi-conducteur suivant l'invention un revêtement épais réfractaire est prévu sous les portions de liaison qui recouvrent l'anneau de protection dans la région de collecteur. 5 Ceci peut Être réalisé par une seule opération en laissant un ilSt inaltéré de la région de collecteur initiale entièrement à l'intérieur de la région de protection sur laquelle les portions de liaison doivent être évaporées. Cet ilôt porte naturellement une couche d'oxyde nettement plus épaisse. Les portions de liaison des 10 fils conducteurs sont formés sur cet oxyde plus épais qui peut résister aux conditions sévères des opérations de liaison par pression. D'autres caractéristiques résulteront de la description qui va suivre. Au dessin annexé donné uniquement à titre d'exemple : 15 . la Fig. 1 est une vue en perspective d'un dispositif semi conducteur fabriqué suivant l'invention ; et . la Fig. 2 est une coupe selon la ligne 2-2 de la Fig. 1. La Fig. 1 montre un transistor planar au silicium du type PNP qui comprend une pastille en silicium 12 de typé P ayant des sur-20 faces principales 14 et 16 dont la largeur et la longueur sont d'environ 0,5 mm. L'épaisseur de la pastille 12 est d'environ 0,2 mm. Des revêtements réfractaires en silice et des contacts de recouvrement en aluminium 20 et 22 sont disposés sur la surface 14. Comme on le voit sur la Fig. 2, il existe des régions de types 25 de conductivité distincts dans la pastille 12, ces régions s'étendant toutes jusqu'à la surface 14. Elles comprennent une région de base 24 du type N, une région d'émetteur 26 du type P se trouvant dans la région 24 et une région 28 formant anneau de protection élargi du type P+. La région de collecteur du transistor est for-30 mée par la partie de la pastille 12 qui n'est ni région d'émetteur 26, ni région de base 24, ni région de type P+ 28. Par conséquent, il existe une jonction PN collecteur - base 32 à la surface de séparation de la région 24 et de la pastille 12. Une jonction émetteur - base PN 34 existe à la surface de séparation des régions 24 35 et 26. La région de base 24 à une largeur et une longueur sur la surface 14 d'environ 0,17 mm et est entourée sur celle-ci par un bord étroit de collecteur 36 d'une largeur d'environ 0,025 mm. Le bord 36 est espacé d'au moins 0,13 mm de la périphérie de la surface 14. 40 La région P+ 28 entoure le bord 36 de façon contiguë et entoure 70 27569 4 2060067 avec un certain espacement la région de base 24 sur la surface 14 étant espacée de la région 24 par ce bord 36. La région P+ 28 s'étend du bord 36 vers la périphérie de la surface 14 à l'exception de deux ilôts de collecteur 38 et 40. Ces derniers sont adja-5 cents à des côtés opposés du bord 36 et espacés vers l'extérieur de celui-ci d'environ 0,025 mm. Ils ont une forme semi-circulaire sur la surface 14 et présentent une dimension maximale sur celle-ci d'environ 0,15 mm et sont espacés de la périphérie de la surface 14 d'environ 0,025 mm. Un revêtement réfractaire de protec-10 tion relativement épais 42 en silice d'une épaisseur d'environ 9 000 Angstrôms recouvre le bord de collecteur 36 et les ilôts de collecteur 38 et 40. Un revêtement 44 en silice relativement mince recouvre la région P+ 28 et une portion de la région d'émetteur 26. Ce revêtement 46 en silice d'une épaisseur intermédiaire recouvre 15 la jonction base - émetteur de la surface de la pastille. Les contacts de recouvrement~20 et 22 dont chacun a une épaisseur d'environ 10 000 AngstrOms sont reliés électriquement aux régions d'émetteur 26 et de base 24, respectivement. Ces contacts qui sont obtenus par évaporation sur les revêtements en silice 20 comprennent chacun une portion de liaison et des électrodes qui sont venues de matière. La portion de liaison d'émetteur 48 recouvre l'ilôt 38 et la portion de liaison de base 50 recouvre l'ilôt 40. Des électrodes 49 et 51 imbriquées s'étendent à partir des portions 40 et 50, respectivement, pour venir en contact avec les ré-25 gions de base et d'émetteur à travers des ouvertures appropriées prévues dans le revêtement d'oxyde. Les fils de connexion d'émetteur 52 et de base 54 sont reliés aux portions 48 et 50 respectivement par des techniques classiques de liaison par pression. Lors d'une telle opération, la plus grande partie de la force est exercée nor-30 malement à la surface 14. On notera que les contacts de recouvrement ne sont pas représentés à l'échelle. De plus, ils ne représentent pas exactement les ondulations dans le contact entre les portions de liaison et les électrodes au-dessus du revêtement d'oxyde qui a une épaisseur variable. On voit, au contraire, que le contact est repré-35 senté évasé dans cette zone pour mieux faire comprendre le dessin. Bien que l'on vienne de décrire un mode de réalisation préféré dans lequel il est prévu un revêtement d'oxyde relativement épais de 9 000 Angstrôms, dans certaines applications, d'autres dispositifs construits suivant l'invention peuvent être fabriqués avec 40 des ilôts de revêtement d'oxyde dont l'épaisseur n'est que de 70 27569 5 2060067 5 000 AngstrOms. Toutefois, on préfère utiliser des revêtements d'oxyde plus épais pour assurer des résultats satisfaisants. Le mode de réalisation préféré de l'invention décrit ici constitue un transistor qui ne nécessite que deux ilôts de collecteur 5 dans l'anneau de protection élargi, mais d'autres dispositifs utilisant un ou plusieurs ilôts peuvent être fabriqués suivant l'invention. Bien que, dans le mode de réalisation décrit, le bord qui entoure la région de base et qui sépare cette dernière de la région 10 d'anneau élargi, ait été décrit comme étant de 0,025 mm, cette distance est choisie pour l'application envisagée et sa valeur peut varier en conséquence sans sortir du cadre de l'invention. Toutefois, la réponse en fréquence du transistor peut être affectée fâcheusement si la largeur du bord est augmentée. On a trouvé 15 que la capacité collecteur - base est réduite si oel diminue la largeur de ce bord. Pour fabriquer le transistor décrit ci-dessus, la surface 14 de la pastille 12 a été nettoyée, polie et traitée de façon comme pour former un revêtement d'oxyde par-dessus. Cette opération est 20 effectuée pour préparer la diffusion des régions de base, d'émetteur et d'anneau de protection par des techniques de masquage par oxyde normales, comprenant la formation d'un oxyde initial sur la surface 14, le décapage d'une fenêtre dans cet oxyde pour exposer une zone choisie de la surface 14 et la diffusion d'impuretés de 25 type N dans la pastille 12 pour former la région de base 24. Ensuite, on forme un revêtement d'oxyde sur la surface 14 entière qui s'ajoute à l'épaisseur du revêtement d'oxyde initial non-décapé qui entoure la région de base. La région d'émetteur 26 est formée en décapant une autre ouverture plus petite à travers le 30 revêtement d'oxyde reformé qui recouvre la région de base, et en diffusant des impuretés de type P dans cette ouverture. Simultanément à la formation de la région d'émetteur 26, on forme également la région de type P+ 28. Toute la couche d'oxyde épais recouvrant la surface 14 à partir du bord 36 jusqu'au péri-35 mètre de la surface 14 est enlevée exceptée la partie qui recouvre les ilôts 38 et 40. Au cours de la diffusion d'émetteur, les impuretés de type P diffusent donc également dans la surface de la pastille en dehors de la région de base en formant la région 28 du type P+» Ensuite, un revêtement d'oxyde est de nouveau formé sur 40 la zone de diffusion de type P+ ce qui augmente en même temps 70 27569 6 2060067 l'épaisseur de la couche d'oxyde épaisse qui recouvre déjà les ilôts 38 et 40. Une diffusion du type P+ dans une pastille de silicium de type P est en général un processus relativemeat bref effectué à 5 haute température. Par exemple, lors de la fabrication du aede de réalisation préféré, le processus entier de diffusion du type P+ a été achevé en 8 minutes. Ce processus comprend le dépôt d'impu-retées de type P sur la surface de la pastille suivi d'une pénétration sous atmosphère oxydante. La température de pénétration 10 est de 1 150° C. Le revêtement d'oxyde formé au cours de cette diffusion, qui est désigné ici par le revêtement mince 44, a une épaisseur d'environ 1 000 à 1 500 AngstrOms. A l'opposé, 1"épaisseur du revêtement d'oxyde qui ert désigné ici par revêtement épais 42, est de l'ordre de 9 000 Angstrôms en raison de l'effet 15 additif des diffusions de base et d'émetteur. Des ouvertures appropriées sont réalisées dans le revêtement d'oxyde qui recouvre la région d'émetteur 26 et la région de base pour recevoir les contacts. Ces ouvertures sont pratiquées par des techniques de décapage classiques. Des contacts de recouvrement en 20 aluminium 20 et 22 sont ensuite formés par évaporation sur l'oxyde et la surface 14 par des techniques d'évaporation bien connues. Toutefois» on doit veiller à ce que les électrodes 49 et 51 imbriquées forment une connexion continue à partir de leurs portions de liaison respectives vers les régions de base et d'émetteur. De 25 plus, du fait que la surface sous-jacente comprend un revêtement d'oxyde d'épaisseur variable, on doit prendre soin, de s'assurer que ces électrodes imbriquées ne constituent pas de connexions à résistance élevée. Des épaisseurs de contact supérieures à la différence maximale des épaisseurs d'oxyde peuvent assurer de conne-30 xions à faible résistance. En reliant les connexions de base et d'émetteur à des portions de liaison, la plus grande parti© de la pression de liaison est appliquée perpendiculairement à la surface 14. Cette liaison a lieu au-dessus de la partie du revêtement épais 42 qui recouvre 35 les ilôts 38 et 40. Si ces'ilôts 38 et 40 recouverts d'oxyde ne sont pas préservés au cours de la diffusion de type P+, les portions de liaison des contacts de recouvrement restent appliquées directement sur 1© revêtement d'oxyde mince 44. La pression de liaison ultérieure nécessaire pour relier les fils de connexion de 40 base 52 et d'émetteur 54 pourrait entraîner la formation de cra 70 27569 7 2060067 quelures dans un revêtement mince aussi fragile et comme on l'a exposé ci-dessus, cela pourrait mener à un court-circuit entre les diverses régions de différentes conductivités. 70 27569 8 2060067 REVENDICATIONS 1 - Dispositif semi-conducteur comportant une pastille semi-conductrice d'un premier type de conductivité ayant une surface principale, une première région d'un second type de conductivité 5 dans ladite pastille s'étendant jusqu'à cette surface, une seconde région du premier type de conductivité dans ladite première région et s'étendant jusqu'à ladite surface, une troisième région dans la pastille qui entoure ladite première région, et en est espacée, et qui s'étend jusqu'à ladite surface, ladite troisième région étant 10 du même type de-conductivité que ladite pastille mais avec une résistivité plus faible, et un revêtement protecteur réfractaire sur ladite surface qui recouvre lesdites régions, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend des ilôts (38, 40) espacés l'un de l'autre dans ladite troisième région (28) et recouverts d'un 15 revêtement protecteur (42) relativement épais comparé au revêtement (44) qui recouvre la troisième région (28), des portions de contact de liaison de fils (48, 50) prévues sur lesdits ilôts et en liaison électrique avec lesdites première et seconde régions, et des fils de connexion (52, 54) reliées par pression aux portions 20 de contact (48, 50) prévus sur le revêtement protecteur épais (42). 2 - Dispositif semi-conducteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite pastille est en silicium du type P, la première région (24) étant du type N, la seconde région (26) étant du type P et ledit revêtement étant en silice.