Brevet FR2099607A1 — publié le 19720317

L'invention concerne un procédé pour la fabrication de composants semi-conducteurs comportant deux jonctions Pn planes, étroitement rapprochées,sur le principe de la technique planaire par diffusion d'accepteurs et de donneurs. Ces structures sont nécessaires par exemple pour la fabrication de transistors bipolaires et de transistors à couche d'arrêt à effet de champ. Suivant les procédés connus jusqu' ici, on fait diffuser dans un mono cristal semi-conducteur en (conducteur en n) d'abord des donneurs (accepteurs) et ensuite, dans une seconde opération de diffusion,des accepteurs (donneurs), la zone n- (p-), produite dans la première opération de diffusion, entourant de tous côtés,à l'intérieur du cristal,la zone p- (n-) produite pendant la seconde opération de diffusion. Dans un autre procédé, on dépose d'abord sur un monocristal semi-conducteur, conducteur h p- (n-), une couche d'épitaxie conductrice en n- (p-) et on produit sur celle-ci, par diffusion d'accepteurs (donneurs) une gonze conductrice en p- (n-). Dans les deux procédés, on a tendance en général à maintenir aussi faible que possible la distance des deux jonctions pn. Dans les deux procédés, les deux jonctions pn sont établies au cours de plusieurs opérations successives indépendantes les unes des autres. En raison des tolérances, dont certaines sont importantes, des différentes opérations, il est difficile d'obtenir un rendement en composante que l'on puisse supporter économiquement quand les écarts des jonctions Pn sont très faibles, de ltordre de grandeur d' environ 0,1 /um à 0,5 /um. L'objet de l'invention est d'améliorer la reproductibilité de la fabrication de jonctions Pn rapprochées avec un faible écartement,et ainsi d'augmenter le rendement de la production, c'est à dire d'abaisser les frais de fabrication pour des composants ayant les mêmes propriétés électriques, ou de fabriquer des composants dont les propriétés électriques sont meilleures. Suivant l'invention, ce but est atteint en utilisant des procédés connus de la technique planaire avec des couches d'oxyde dopées comme sources de diffusion, le procédé étant caractérisé en ce que l'on utilise des couches d'oxyde qui sont dopées avec deux dopants de type de conduction opposé . Il est prévu que les coefficients de diffusion des deux dopants diffèrent, à la même température, d'un facteur approprié. Le coefficient de diffusion du dopant qui produit la zone émetteur fortement dopes du tansistor bipolaire doit toujours être plus petit que le coefficient de diffusion du dopant destiné à la zone base dont la concentration de surface est inférieure d'environ deux ordres de grandeur.Comme les deux dopants diffusent en même temps dans la matière semiconductrice, le profil de concentration résultant sera déterminé par les deux coefficients de diffusion, par les concentrations de surface, c'est à dire par la concentration des dopants dans la couche d'oxyde et par les coefficients de ségrégation ainsi que par la durée commune de la diffusion. Par un choix approprié des dopants et des paramètres opératoires, on déterminera en conséquence aussi la distance entre les deux jonctions pn, désignée dans ce cas particulier comme l'étendue de la base. En raison de ce qu'il est exigé que l'étendue de la base soit faible, il n1 existe d'abord aucune possibilité pour établir à partir de la surface un contact avec la couche base . A cet effet, il sera déposé sur la première couche d'oxyde dopée avec deux dopants différents, avant l'opération de diffusion, après masquage de la couche d'oxyde dopée avec un vernis photosensible et élimination locale de cette couche par application d'un produit rongeant connu, une seconde couche d'oxyde qui est dopée seulement avec le dopant qui produit la couche base.Il est ainsi produit sur la surface du cristal semi-conducteur, des zones directement conti gùes de deux couches d'oxydes dopées différemment, savoir, l'une dopée avec deux dopants pour produire les zonés base et émetteur, et la seconde destinée à 11 élargissement de la zone base. Pendant ltopération commune de diffusion sortent de la première couche d'oxyde, deux fois dopée, les deux dopants qui produisent la zone base, et la zone émetteur entourée de tous côtés, à l'exception de la surface par la précédente, et de la seconde couche d'oxyde contigde à la première, il sort seulement le dopant qui forme aussi la couche base.Il est ainsi formé un élargissement latéral de la zone base que l'on uti 5 n1ar ltétablissement du contact. Pour produire la zone destinée à l'établissement du contact sur la base on peut aussi utiliser d'autres dopants du même type de conduction que pour la production de la zone base proprement dite,produite à partir de la couche d'oxyde à deux dopants. On peut en outre aussi dé poser d'abord la couche d'oxyde à un seul dopant, et, après mas quage et élimination locale de celle-ci,déposer la couche d'o xyde à deux dopants. L'avantage du procédé suivant l'inven tion par rapport aux procédés connus réside en ce que le nombre des paramètres opératoires qui exercent une influence sur l'é tendue de la base est faible ,et qu'ainsi on améliore la repro ductibilité de bases de faible étendue. Comme toutes les zones différemment dopées du transistor ont été diffusées en même temps, un seul traitement à haute température est nécessaire, alors que,dans les autres procédés connus, il faut au moins deux traitements à haute température pour la diffusion. On ré duit ainsi le nombre des étapes du procédé et la durée de la fabrication, c'est-à-dire que les frais de fabrication sont diminués. Le nombre des opérations de masquage nécessaires est le même que dans les procédés connus.Les avantages de l'uti lisation de couches d'oxyde dopées comme sources de diffusion sont exploités totalement,et le nombre des opérations de dépot de couches,nécessaires à cet effet, et qui de plus se déroulent à basse température, correspond à celui de tout autre procédé. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après et aux dessins annexés représentant deux exemples de réalisation de l'invention, dessins dans les quels - la figure 1 est une représentation schématique des étapes essentielles intermédiaires de la fa brication d'un transistor planaire npn ou la figure 2 les étapes essentielles intermédiaires de la fabrication d'un transistor planaire à couche d'arrêt à effet de champ avec une structure latérale concentrique. Dans la fabrication d'un transistor planaire au silicium nPn correspondant au schéma représenté dans la figure 1, la surface polie d'un disque 1 de silicium, conducteur en n est recouverte d'abord par un procédé connu avec ure couche2/ de SI02 et celle-ci est masquée au moyen d'un masque 3 adhé rent en vernis photosensible. En rongeant la couche de SiO 2/ masquée sous les fenêtres 6 du masque adhérent de vernis photosensible, on enlève le 5102 jusqu'à la surface du silicum (fig. la). il se forme ainsi un masque adhérent de Si03 comportant des fenêtres Tr QUi est désigné comme masque de diffusion 2 conformément à sa d?estinationF Après avoir enlevé le masque adhérant 3 de vernis photosensible, on recouvre toute la surface du disque de silicum 1,masqué par le masque de diffusion 2,avec une couche 4 formée de SiO2 qui est dopée avec des accepteurs et des donneurs (fig lb). Le dépot de cette couche 4 de Si02 deux fois dopée se fait de préférence par oxydation de silane (SiH4) auquel on a mélangé des combinaisons de dopants appropriées. Un produit qui convient, comme accepteur, dans l'exemple choisi ici est le bore, comme donneur, l'arsenic.La concentration en arsenic de la couche de SiC2 sera ajustée de façon à obtenir ,sur la surface du disque de silicium 1 , la solubilité de saturation, pendant que la concentration en bore sera choisie telle qu'il se forme l'étendue de base demandée, en tenant compte de tous les paramètres opératoires. En utilisant un autre masque adhérent en vernis photo-sensible,qui n'est pas représenté plus en détail, on ronge,dans la couche de SiO2 à double dopage,quatre fenêtres 8,qui se superposent partiellement (fig. lc) avec les fenêtres du masque de diffusion 2. On élimine ainsi aussi les zones de diffusion 2 qui se trouvent dans la zone des fenêtres 8. Ensuite, on dépose, sur les surfaces masquées de la pastille de silicum, une couche 5 de 8102 comportant seulement des accepteurs,donc dopée une seule fois. On utilise comme accepteur de préférence le même élément, à peu près à la même concentration qui est contenu déjà pour la production de la couche base dans la couche 4 de 5102 à double dopage, dans le cas particulier, le bore. Pour améliorer l'établissement du contact, on peut toutefois aussi utiliser,à plus haute concentration, un accepteur dont le coefficient de diffusion soit plus petit. Après le dépot ainsi décrit des couches dopées 4 et 5,qui représentent des applications préala bles localisées avec précision, et qui servent de sources de diffusion, on effectue l'opération de diffusion à haute température. Dans le cristal de silicium 1, sont diffusés,à partir de la couche 5 de SiO2 à double dopage, à l'intérieur des fenêtres 7, des accepteurs et des donneurs,et à partir de la couche 5 de SiO2 à dopage simple, à l'intérieur des fenêtres 8, des accepteurs seulement. Avec un choix approprié des paramètres opératoires et de la concentration des accepteurs et des donneurs dans les couches d'oxyde 4 et 5 dopées, il se forme alors la structure profonde représentée par la figure ld. Pendant que les donneurs' diffusés à partir de la couche 4 de SiO2 à double dopage,forment la zone émetteur Il, les accepteurs produisent en commun avec les accepteurs diffusés à partir de la couche 5 de SiO2 à dopage simple, la zone base 12, les accepteurs de la couche de SiO2 dopée produisant le seul élargissement latéral de la zone base active nécessaire pour établir le contact de la zone base. Après un nouveau masquage ,qui n'est pas représenté dans le dessin,fait au moyen d'un masque adhérent en vernis photosensible, on procède au rongeage des fenôtres de contact de l'émetteur 9 et de la fenêtre de contact de la base 10 (figure le). Dans la figure 1f, on a représenté combien la profondeur de pénétration,sous le contact de la base,diffère de celle de la zone base active quand on utilise, soit des accepteurs dont les coefficients de diffusion sont différents, soit, si les éléments accepteurs sont les mêmes dans les deux couches 4 et 5 d'oxyde de silicium dopées, des concentrations de surface différentes. il est aussi possible d'intervertir l'ordre des dépots de la couche de 5i02 à dopage simple et de la couche de SiO2 à double dopage. En outre on peut utiliser, au lieu des couches de SiO2 dopées, d'autres couches inorganiques dopées, ayant un effet d'inhibition de la diffusion ou de passivation de la surface. Comme combinaison accepteur-donneur, on peut citer, comme convenant pour la fabrication de transistors planaires au silicilem nnn, les combinaisons arsenic/bore, rsenic/galîium, antimoinelbove, antimoine/gallium, antimoine/ indium, et arsenic/indium ; pour la fabrication de transistors planaires au silicum BS lw eombinaisos #iosphore/indium, et pour la fabrication de transistors planaires au germanium 2 les combinaisons phosphore/indium et phosphore/bore.Pour les transistors planaires au germanium npn, on ne connaît pas de combinaison appropriée. Pour améliorer la résistance-au contact sur la zone base, il est possible, en utilisant une autre opération de masquage et une autre couche de SiO2 dopée, de produire sous la fenêtre 10 de contact de base, une zone de contact fortement dopée. On utilise à cet effet un dopant dont le coefficient de diffusion est essentiellement plus faible que celui des dopants utilisés pour la diffusion de la base. Pour un transistor planaire pnp, on peut utiliser à cet effet de l'arsenic ou de l'antimoine à haute concentration. il y a lieu de veiller ici à ce que cette zone de contact de base fortement dopée ne se rapproche pas trop de la zone émetteur, car autre ment, la tension de claquage émetteur-base serait abaissée. La fabrication d'un transistor planaire à couche d'arrêt, à effet de champ, à canal p-, est exposée dans la figure 2. Sur une pastille 1 de semi-conducteur conductrice en n, recouverte d'un masque de diffusion 2, on dépose une couche de Si02 simplement dopée, par exemple avec du bore, et on y pratique des fenêtres 15 (fig. 2a et 2b), par masquage avec un masque adhérent en vernis photo sensible, qui n'est pas représentée par le dessin. Ensuite, la surface est recouverte avec une couche 14 de Si02 à double dopage par exemple au bore et à l'arsenic (fig. 2c). Pendant l'opération de diffusion, il se forme la zone annulaire conductrice en n 24 Gate ainsi que les zones conductrices en p 22 et 23n Source et Drain. Après dégagement de la fenêtre de contact pour la Source 19, la Gate 20 et la Drain 21 (fig. 2d), on effectue un dépot d'une couche de métal à partir de laquelle on forme par rongeage sélectif les contacts de Source 16, de Gate 17 et de Drain 18. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour la fabrication de composants semi-conducteurs comportant deux jonctions p planes étroitement rapprochées,sur le principe de la technique planaire, par utilisation de couches de surface dopées agissant comme sources de diffusion, caractérisé en ce qu'on utilise des couches dopées avec deux dopants de type de conduction opposé et dont les coefficients de diffusions diffèrent. 2 - Procédé suivant la revendication 1 pour la fabrication de composants semi-conducteurs comportant deux jonctions pn planes étroitement rapprochées,sur le principe de la technique planaire ,par utilisation de couches de surface dopées agissant comme sources de diffusion, caractérisé en ce que, sur la surface d'une pastille monocristalline de semi-conducteur de l'un des types de conduction, recouverte avec un masque de diffusion comportant des fenêtres, on dépose une couche de dioxyde de silicium dopée avec un accepteur ainsi qu'avec un donneur, le dopant qui produit l'autre type de conduction possé- dant un coefficient de diffusion plus grand (et se présentant à plus faible concentration sur la surface du semi-conducteur), que le dopant qui produit le type de conduction que possède la pastille monocristalline de semi-conducteur, la couche de dioxyde de silicium à double dopage étant pourvue de fenêtres par utilisation d'une opération de masquage, ces fenêtres se superposant sur une partie déterminée de leur circonférence avec les fenêtres précédentes, et finalement on dépose sur la surface une seconde couche de dioxyde de silicum à dopage simple,qui contient les mêmes donneurs, à une concentration à peu près égale, que ceux qui sont contenus dans la couche de dioxyde de silicium à double dopage pour produire l'autre type de conduction, à la suite de quoi on procède à la diffusion à une température appropriée ,# ensuite cz ouvre les fenêtres de contact et applique les bornes de raccordement sur les zones dont les dopages sont différents. 3 ~Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, en tenant compte des coefficients de diffusion des dopants contenus dans la couche de dioxyde de silicum à double dopage, de la probabilité de leur passage de la couche de dioxyde de silicium dopée dans le cristal semi-conducteur Set de leur coefficient de ségrégation on établit les concentrations des dopants dans la couche de dioxyde de silicum telle que la zone produite par l'un des dopants qui possède le même type de conduction que la pastille monocristalline de semi-conducteur est entourée complètement, à l'excep- tion de la surface, par la zone de l'autre type de conduction, qui est produite par Il autre dopant et les deux zones de même type de conduction possèdent un écart déterminé dans la direction de la diffusion. 4 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3s caractérisé en ce que la couche de dioxyde de silicium à simple dopage contient à plus forte concentration un autre dopant du même type de conduction, mais dont le coefficient de diffusion est plus faible que celui qui est contenu dans la couche de dioxyde de silicum à double dopage. 5 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lton dépose d'abord la couche de dioxyde de silicium à simple dopage sur le masque de diffusion et qu'on y pratiques des fenêtres, et qu'ensuite on dépose par-dessus la couche de dioxyde de silicium à double dopage. 6 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on utilise au lieu de couches de dioxyde de silicium dopées, d'autres couches inorganiques dopées ayant un effet d'inhibition de la diffusion et de passivation de la surface. 7 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que, en utilisant une autre opération de masquage et de dépot de couche, on produit dans le champ des fenêtres de contact (1C) ou (19) et (21) une autre zone dopée du même type de conduction, où la profondeur de pénétration est plus faible et la concentration superficielle plus élevée que celle de la zone base active.