Brevet FR2080610A1 — publié le 19711119

La présente invention concerne un procédé de fabrication de composants à semiconducteurs, dont le matériau de base est du silicium en particulier et présentant au moins deux zones de types de conduction différents réalisées par diffusion, procédé dans lequel la diffusion des zones individuellement se fait à partir de substances solides contenant le dopant et est effectuée à la surface du cristal semiconducteur. Le revêtement des pastilles en cristal de silicium par le matériau dopant, servant à la diffusion ultérieure, au cours de la fabrication des composants à semiconducteurs, est généralement effectué dans un four en présence d'une atmosphère contenant le dopant. Le nombre de pastilles en cristal qui peuvent être revêtues simultanément en une seule opération, est plus où moins limité par la distance qui doit exister entre ces pastilles, selon que les exigences portant sur l'uniformité du revêtement sont plus ou moins impératives. Pour des composants à semiconducteurs, de puissance élevée qui ont des dimensions relativement grandes, cette opération est par conséquent très coûteuse, car on ne peut recouvrir simultanément qu'un petit nombre de pastilles en cristal. On connait un procédé connu sous le nom de procédé "Paint-on" et décrit dans le brevet allemand 1.046.785» qui convient mieux à la fabrication des composants à semiconducteurs de grande surface car il peut être mis en oeuvre plus économiquement et il n'entraîne pas de mise en oeuvre trop importante. Avec ce procédé, on dépose à la surface du cristal semiconducteur un composé vitrifiable connu en soi, sous la forme d'une pâte dont un constituant est formé par le dopant, on le sèche et on le fait diffuser à la surface. Il en résulte à la surface du cristal semiconducteur, sous ce composé vitrifié, une zone ayant le type de conduction correspondant au matériau dopant. Ce procédé présente l'inconvénient de ne permettre de produire sur une face de la pastille en cristal semiconducteur qu'un dopage de type £ ou un dopage de type n et de ne permettre que très difficilement la réalisation d'une "association des deux dopages l'un à côté de l'autre comme ceci est très fréquemment nécessaire pour la fabrication de transistors et de circuits intégrés. En outre on obtient souvent, en raison des épaisseurs de couches irrégulières du procédé "Pain1;-on" en bad original 71 05142 2 2080610 4 utilisant la pâte, des composants dont les paramétrés électriques présentent une grande dispersion. » L'invention se propose donc de fabriquer d'une manière simple et rationnelle par diffusion des composants à semiconduc— 5 teurs au silicium, en particulier de transistors, pourvus de zones de conductivités différentes situées les unes à côté des autres en utilisant des substances solides contenant le dopant qui sont déposées à la surface du cristal semiconducteur. Ce résultat est obtenu conformément à l'invention 10 grâce au fait que le dopant sous la forme de son oxyde est mélangé avec le matériau support qui présente une activité superficielle élevée, que ce mélange est ensuite mis en suspension dans une solution de laque et la surface du cristal semiconducteur est recouverte aux régions prévues pour la dif— 15 fusion par cette suspension, que le solvant de la laque est ensuite évapox~é par étuvage et la laque est éliminée par décomposition thermique, un composé solide constitué par le matériau support et l'oxyde du dopant se formant alors par un processus thermique à la surface du cristal semiconducteur, et que des 20 zones à types de conduction différents sont créées par le px^o — cessas de diffusion ultérieur, en utilisant le matériau support pourvu de l'oxyde du dopant comme source de dopage. Selon un autre mode d'exécution de l'invention, il est prévu d'utiliser comme matériau support pour le dopant, du 23 ddoxyde de silicitim à fine granulation, par exemple un "aérosil" de sorte que des sources de dopage à substances solides prévues pour la diffusion sont formées à partir d'un verre, se composant de l'oxyde de silicium et du dopant. On entend par "aérosil" une suspension dans l'air du dioxyde de silicium, dont la teneur 30 en granulation inférieure à 1 yu est de 80 Le procédé conforme à l'invention présente l'avantage, à l'opposé du procédé "Paint-on", de fournir des couches d'épaisseur beaucoup plus uniforme, en utilisant de la laque qui est déposée par pulvérisation sur la surface du semiconducteur qui 35 est centrifugée ensuite. Un autre avantage provient du fait que l'on peut utiliser, soit une solution de laque de nltrocellulose dissoute dans de l'éther butylacétique soit une laque photosensible, grâce à laquelle, après exposition et développement, on peut 40 structurer la zone diffusée. BAD ORIGINAL 71 05142 2080610 On réussit ainsi à pro-luire siraul tanément en une seule opération des zones présentant de dopages qui diffèrent soit par la concentration soit par lu type de conduction et qui sont situées les unes à côté des autres. Confie dopant on peut utiliser d'une manière avantageuse les oxydes du bore, du phosphore, de l'arsenic et de 11an-t imo ine. En outre il s'est révélé opportun de choisir la teneur en dopant du matériaii support par exemple du dioxyde de silicium entre 20 et 30 Je» L'épaisseur de la couche de la solution de laque contenant en suspension le mélange du matériau support et de l'oxyde dopant est réglée à 5 p environ selon une forme de réalisation avantageuse de l'invention. La couche de laque est obtenue en versant goutte h goutte ladite laque ou en la pulvérisant et en enlevant ensuite par ceritrifugation la laque excédentaire. Le procédé conforme à l'invention offre la possibilité de combiner en une seule opération deux opérations coûteuses en appareillage et nécessitant beaucoup de.temps, à savoir le revêtement par le dopant et le dopage proprement dit. Comme moyens techniques on utilise uniquement une centrifugeuse centrale et un simple four tabulaire. En outre les durées du dopage sont considérablement réduites par rapport aux diffusions gazeuses ce qui a une influence particulièrement favorable sur les paramètres électriques des composants h semiconducteurs à fabriquer. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré au dessin annexé un mode d'exécution du procédé suivant l'invention. Les figures 1-3 représentent les différentes phases .de la fabrication d'une zone diffusée dans un substrat semiconducteur constitué par du silicium. La figure 1 représente le revêtement de la surface par un film composé de laque, qui contient l'oxyde dopant mélangé avec le matériau support. La figure 2 représente la structure après le premier -processus thermique. La figure 3 représente la structure après le processus de diffusion qui dure plusieurs heures. BAD ORIGINAL 71 05142 208Q610 On part d'une pastille monocristalline en' silicium de type jj comme cela est représenté figure 1. On pulvérise sur toute lu surface de cette pastille monocristalline en silicium 1 servant de substrat une couche 2 5 constituée de laque, se composant de nitrocellulose dissoute dans de l'éther butylacétique laquelle contient en outre du dioxyde de silicium sous la forme d'un "aérosil" lequel est chargé par de l'oxyde de phosphore. On prépare cette suspension, en mélangeant une part 10 de pentoxyde de phosphore avec quatre parts de dioxyde de silicium et en mettant le mélange en suspension dans la solution de laque de nitrocellulose. "La laque excédentaire présente à la surface du semiconducteur est éliminée par centrifugation de sorte qu'il en résulte un film de laque 2 d'une épaisseur de 15 3 jit représenté sur la figure 1» La figure 2 représente la structure, après que le solvant de la laque a été éliminé par un processus thermique réalisé à une température de 100 à 130°C et pendant une durée de 5 minutes et que les parties constituées par de la laque 20 ont été soumises à une décomposition thermique dans une atmosphère d'oxygène vers 500°C. A l'aide d'un échauffement ultérieur à 900° dans une atmosphère contenant de l'oxygène et de l'argon il se forme alors à la surface du substrat en silicium 1 une couche d'acide 25 métaphosphorique. Cette couche d'acide métaphosphorique (3) sert, comme représenté sur la figure 3» comme source de dopage à substances solides grâce à laquelle la zone 4 de type n est créée dans le substrat en silicium 1. La jonction j3-n, représentée en 5 sur 30 la figure est ensuite produite par un processus de diffusion qui est poursuivi pendant plusieurs heures à une température supérieure à 900°C. Bien entendu on peut aussi utiliser de la même manière de l'oxyde d'antimoine (Sb20^) ou de l'oxyde d'arsenic 35 (As^O^) pour la fabrication de la zone de type n. Si l'on veut produire une zone de type £, du Si02 à grains fins, chargé par un oxyde d'un élément du groupe III par exemple du trioxyde de bore (B^O^) et mis en suspension dans de la laque, est déposé à la surface du cristal semiconducteur. 40 En outre on peut aussi utiliser à la place de la laque BAD ORIGINAL 71 05142 5 2080610 en nltrocellulose une laque photosensible qui permet de structurer la zone diffusée. Dans chaque cas, il est possible de produire, à l'aide d'une diffusion unique plusieurs zones de conductivités différentes et de types de conduction différents. La préparation des sources de dopage à substances solides c'est-à-dire le revêtement de la surface du cristal semiconducteur avec le dopant, et la diffusion proprement dite, c'est-à-dire la production des zones dopées, s'effectuent dans les mêmes chambres de réaction, ce qui réduit le danger de l'introduction d'impuretés. 71 05142 6 208,0610 REVENDICATIONS « 1. Procédé de fabrication de composants à semiconducteurs, dont le matériau de base est du silicium en particulier et présentant au moins deux zones de types de conduction différents réalisées par diffusion, procédé dans lequel 5 la diffusion des zones individuellement se fait à partir de substances solides contenant le dopant et est effectuée à la surface du cristal semiconducteur, caractérisé par le fait que le dopant sous la forme de son oxyde est mélangé avec le matériau support qui présente une activité superficielle élevée, 10 que ce mélange est ensuite mis en suspension dans une solution de laque et la surface du cristal semiconducteur est recouverte aux régions prévues pour la diffusion par cette suspension, que le solvant de la laque est ensuite évaporé par étuvage et la laque est éliminée par décomposition thermique, un composé 15 solide constitué par le matériau support et l'oxyde du dopant, se formant alors par un processus thermique à la surface du cristal semiconducteur, et que des zones à types de conduction différents sont créées par le processus de diffusion ultérieur, en utilisant le matériau support pourvu de l'oxyde du dopant 20 comme source de dopage. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on utilise comme matériau support pour le dopant du dioxyde de silicium à fine granulation, par exemple sous forme de "aérosil", de sorte que la source de dopage à 25 substances solides, prévue pour la diffusion, est formée à partir d'un verre, constitué de 1'oxyde de silicium et du dopant 3. Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'on utilise comme dopant les oxydes de bore, de phosphore, d'arsenic et d'antimoine. 30 Procédé suivant l'une des revendications 1, 2 ou 3» caractérisé par le fait que la teneur du matériau support par exemple du dioxyde de silicium en dopant, peut être choisie entre 20 à 30/s. 5. Procédé suivant au moins l'une des revendications 35 1, 2, 3 ou 4, caractérisé par le fait que l'on peut utiliser comme solution de laque de la nltrocellulose dissout dans de l'éther butylacétique. 6. Procédé suivant au moins l'une quelconque des reven dications 1 , 2, 3 on caractérisé par le fait que l'on peut 71 05142 2080610 utiliser comme laque une laque photosensible. 7- Procédé suivant au moins l'une quelconque des revendications 1, 2, 3» 5 ou 6, caractérisé par le fait que la solution de laque contenant le mélange matériau de support et oxyde dopant, est répandue sur une épaisseur d'environ 5 en le versant goutte à goutte et en la centrifugeant. 8. Procédé suivant au moins l'une quelconque des revendications 1, 2, 3» 5j 6 ou 7» caractérisé par le fait, que la décomposition thermique de la laque se fait en présence d'une atmosphère contenant de l'argon et de l'oxygène, à une température comprise entre 350 et 500°, et qu'elle dure environ 5 minutes. 9. Composants à semiconducteurs, en particulier des transistors pnp ou npn au silicium, fabriqués selon un procédé suivant l'une des revend .".cations 1, 2, 3» -5» 6, 7 ou 8» BAD ORIGINAL