Brevet FR2083348A1 — publié le 19711217

La présente invention concerne un procédé de dopage d'un semi-conducteur par implantation d'ions. L'implantation d'ions comme technique pour introduire des impuretés déterminant le type de conductivité dans des semi-conducteurs est connue depuis quelques temps 9mais on ne s'y est attaché que récemment comme i une méthode de production pratique. Un problème persistant dans la fabrication des jonc- tions p-n par implantation d'ions est la passivation de la Jonction à la surface du semi-conducteur.En utilisant des processus de diffusion classiques dans lesquels l'impureté diffuse typiquement å travers une fentre d'une couche de re- couvrement isolante, la région diffusée a une tendance normale à se "fourrer"en dessousdena couche isolante 9 en sorte que l'intersection de la Jonction à la surface du semi-conducteur se présente sous la couche protectrice. Se contact métallique peut entre déposé alors directement dans la fenêtre. Cependant, cet effet de refoulement par en dessous se présente dans une moindre mesure dans l'implantation des ions.Ceci est dt en partie à la propriété fortement directionnelle du faisceau d'ions Des vides qui Jouent un rle important dans la diffu- sion sont créés surtout dans les régions qui sont exposées directement au faisceau plumet qu'ils ne se présentent au hasard comme dans un processus thermique. La création de vides suffi- sants dans les régions latérales protégées du bombardement direct ,pour favoriser l'effet de refoulement par en dessous, peut entre obtenue mais ceci exige un temps d'exposition long de sorte que la concentration en impuretés devient excessive. Par conséquent, il faut ordinairement prendre des précautions spéciales pour protéger des Jonctions formées par implantation d'ions Suivant l'invention, on a prévu un procédé pour doper un semi-conducteur avec une impureté déterminante , en implan- tant l'impureté dans le semi-conducteur par implantatien d'ions pour former une région dopée dans laquelle la région implantée est exposée ensuite au bombardement ionique avec des ions relativement inertes par rapport aux propriétés électriques de la région dopée pour étendre les limites de la région dopée. Plus particulièrement, une région d'impuretés implantée à travers un masque isolant, formant une jonction p-n avec le substrat , est amenée à se " fourrer n en dessous du masque isolant et à protéger ainsi l'intersection de la Jonction t de la surface du semi-conducteur.Cela se réalise par un bombardement ionique après implantation .Des ions appropriés à cette fin sont ceux des gaz inertes, en particulier des gaz légers :hélium(He), néon(Ne) et argon (A) ou des ions du semi-conducteur lui-mme. Les ions hydrogène sont également électriquement inactifs et son+ optimalement plus petits.D'exposi- tion du semi-conducteur pré-dopé à ce genre de bombardement d'ions inertes crée de nouveaux vides pour une migration la tépale et profonde de l'impureté qui détermine le type de conductivité 9 sans en affecter le nombre.Ainsi, les impuretés sont entrai nées au-delà de la limite de l'exposition normale au faisceau d'ions ,en sorte que l'emplacement de la Jonction à la surface du semi-conducteur se présente en dessous de la couche isolante. On peut, obtenir des résultats semblables par un recuit après implantation. Cependant, dans certains cas, la tempéra ture requise pour provoquer la diffusion thermique des impuretés implantées (c'est-à-dire de l'ordre de 1100 C pour Si) peut entre plus élevée que celle que le dispositif tolérerait, ou peut être désavantageuse pour d'autres raisons. Le bombardement après implantation a un bon rendement à une température considérablement inférieure (par exemple à 600 C pour Si). Ces aspects de l'invention et d'autres seront plus fa- ciles à comprendre à la lecture de la description détaillée qui va suivre. Sur les dessins - Les figures 1,2,3,4,5 sont des vues en coupe schématique antérieures d'un substrat semi-conducteur à diverses étapes d'un traitement pendant la formation d'une jonction p-n Implantée et passivée p et - la figure 6 est une vue en perspective, avec arrachement partiel, d'un dispositif terminé comprenant le semiconducteur traité. En se reportant à la figure i, on y voit un substrat semi-conducteur 10 rev8tu d'une couche isolante 11. Un dessin constituant photoréserve, montré en 12 à la figure 2 est appliqué par des techniques classiques et on y creuse une feb nêtre par attaque chimique de l'isolant. Comme on le voit à la figure 3,la région 13 9 exposée dans la fenêtre , subit l'implantation d'impuretés pour formerune jonction p-n 14. L'intersection de la jonction et de la surface du semi-conducteur 10 est, pratiquement parlant, exposée à cet endroit. Le semi-conducteur est soumis alors à un bombardement après implantation pour entraîner alors à l'intérieur la région d'impuretés formée pendant l'implantation avec l'impureté déterminante. Cette étape est représentée à la figure 4. Les limites de la jonction p-n 14 ont été étendues, en sorte que l'intersection de la jonction avec-la surface du semi-conducteur se présente en 15 , sous la couche isolanteyet la jonction est effectivement passivée. Comme montré à la figure 5, la réserve 12 peut être enlevée et le contact métallique 16 peut titre fait avec la région implantée. Un ensemble complet d'une diode est montré en perspective avec une partie arrachée à la figure 6. La construction préparée suivant les-figures 1 à 5 est montée dans un support normal comprenant un support isolant 20 recouvert d'une couche de contact d'or 21 et entouré d'un couvercle normal 22. La broche ?3 vient en contact avec le contact métallique 16 (figure 5) à l'aide du fil 24 convenablement lié. Le contact à partir de la base 10 du semi-conducteur est fait à la broche 25 en tra- versant la couche conductrice 21. La plupart des opérations envisagées précédemment peuvent être réalisées par des techniques bien connues. Cependant, on donnera une description plus détaillée du processus d'implan tation et du bombardement après implantation pour donner une forme de réalisation spécifique. ExemPle 1 On oxyde thermiquement un substrat de silicium de type n à résistivité d'environ 1 ohm cm , pour former une couche protectrice qui est en l'espèce de l'ordre de 1/2 . 10 3 mm à 10 . 10 3 mm d'épaisseur. Un masque KPR normal est appliqué à la surface d'oxyde et on attaque l'oxyde à l'acide fluorhydrique pour former une fendre. Le silicium dégagé subit alors l'implantation de bore à 50 keV à une dose de 1015/cm2 pour former une région de type p ayant une profondeur d'environ 5 . 10- 4 mm et une concentration de 5 x 1019 atomes/cm . Les expériences ont montré que cette région implantée peut entre étendue à raison d'environ 1 . 10-6 mm lorsqu'elle est exposée à un bombardement après implantation avec des ions d'hélium à 50 keV suivant un flux de 1016/cm2/seconde et à une température de 6000C. Le mouvement de la Jonction sur quelquefois 1 . 10 -5 mm peut suffire à réaliser les buts de l'invention. Un mouvement allant Jusqu'à 1,4 . 10-3 mm a été démontré expérimentalement. Après extension de la Jonction par bombardement suivant l'implantation, on dépose un contact d'or sur le silicium mis à nu. La variation de la concentration en impuretés, qui résulte de ce traitement, est directement proportionnelle au rapport du volume initial au volume final. La température né- cessaire pour produire les résultats désirés dépend de plusieurs facteurs mais, pour le silicium, une température d'au moins 500 C est nécessaire pour permettre une durée d'exposi- tion raisonnable et pour détruire par recuit les dommages produits au réseau par le bombardement. Le flux nécessaire est également très variable, mais des résultats satisfaisants exigeraient ordinairement des niveaux de l'ordre d'au moins 1015 atomes/cm2. Exemple II On suit essentiellement le meme processus que pour l'exemple I en utilisant un substrat de type p et du phosphore comme impureté déterminante. On observe essentiellement les mêmes effets, Comme le bombardement après implantation qui forme la base de l'invention repose sur un phénomène physique, le processus s'applique manifestement à des semi condueteurs autres que du silicium et à une impureté déterminante quelconque qui peut entre implanthe. Cependant, on s'attendrait à ce que l'inb vention trouve des applications surtout dans l'implantation de bore ou de phosphore dans du silicium. Alors que l'invention a été largement décrite en parlant d'un effet de "refoulement en dessous" ,-en dessous d'un isolant-d'autres raisons peuvent se présenter pour prolonger les limites d'une région d'impuretés implantées, L'exposé qui vient d'être fait présente une technique pour obtenir ces résultats généraux et on devra considérer comme faisant partie de l'invention tout processus qui s'inspire de ces teehiques. REVEEDICAXIONS 1 Procédé de dopage dtun semi-conducteur au moyen d'une impureté déterminante , en implantant l'impureté dans le semi-conducteur par implantation d'ions pour former une ré gon dopée, caractérisé en ce qu'on expose ensuite-la région implantée (13) au bombardement d'ions, avec des ions relativement inertes par rapport aux propriétés électriques de la région dopée pour étendre les limites (14) de la région dopée. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on choisit des ions relativement inertes dans le groupe comprenant les ions des gaz nobles, de l'hydrogène et en ce qu'on dope le semi-conducteur. 3.- Procédéaiivant une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le semi-conducteur est du silicium et en ce que l'impureté est du phosphore ou du bore. 4.- Procédé suivant une quelconque des revendications 1, 2 et 3, eomprenant les étapes qui consistent à former une couche isolante (11) sur une surface d'un substrat semiconducteur , à enlever par attaque chimique une partie de la couche isolante pour mettre à nu une région du substrat semiconducteur et à implanter une impureté déterminante de type de conductivité opposé à celui du substrat dans la région exposée pour former une jonction p-n , caractérisé en ce qu'on bombarde la région exposée au moyen d'ions inertes pour prolonger laté- ralement la jonction p-n de sorte que son intersection avec la surface du substrat semi-conducteur se présente en dessous de la couche isolante. 5.- Procédé suivant la revendication 3, comprenant les étapes consistant à former une couche de SiO2 sur un substrat de silicium, à enlever par attaque chimique une partie de la couche de Si02 pour mettre à nu le substrat de silicium et à soumettre le silicium mis à nu à un bombardement ionique avec des atomes de bore pour former une région implantée de type p et une jonction p-n, caractérisé en ce qu'on maintient le sili cium à une température d'au moins 50000 pendant les deux étapes de bombardement ionique. 6.- Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les ions inertes sont des ions d'hélium. 7.- Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'on dépose un contact métallique directement sur le silicium ayant subi l'implantation.