Brevet FR2130354A1 — publié le 19721103

La présente invention concerne une méthode perfectionnée pour la fabrication de composants planar constitués, dans un substrat semi-conducteur d'un type de conductivité donné, par une région de conductivité inverse comportant deux parties de résistivité différente, par exemple, des diodes Zener. Les diodes Zener du type planar ont jusqu'ici été normalement fabriquées en formant dans un substrat ayant un type de conductivité donné une région de conductivité inverse dont la périphérie s'étend plus profondément dans le substrat que ses zones intérieures. Ainsi, la rupture en tension est déterminée par la zone intérieure de plus grande résistivité. On fabrique généralement ce composant en formant une couche de passivation a la surface du substrat. On forme ensuite un anneau dans la couche de passivation puis, a travers cet anneau, une région à diffusion relativement profonde dans le substrat.La partie centrale de la couche de passivation entourée par l'anneau est éliminée, cette opération étant suivie d'une autre opération de diffusion par laquelle une partie moins profonde s'étend entre et jusqu'aux régions plus profondes précédemment formées. Il est toutefois difficile avec une telle technique de prévoir avec précision a la fois l'importance et la profondeur des zones plus profondes de la région finale, ainsi que les concentrations relatives d'impuretés dans les zones centrales et périphériques de cette région, rendant ainsi plus difficile l'obtention de diodes Zener ayant une tension spécifique et une impédance dynamique plus faibles lorsqu'elles sont dans le mode a rupture. Le but de l'invention est donc de permettre un meilleur contrôle des dimensions d'une telle région formée dans un bloc semi-conducteur, ainsi que de la concentration des impuretés dans cette région. Un autre but de l'invention est de prévoir une technique perfectionnée pour la fabrication des diodes Zener du type planar. D'une manière générale, l'invention prévoit une méthode pour former dans un substrat semi-conducteur de conductivité donnée un composant constitué par une région comportant deux parties de résistivité différente, ladite méthode comportant la diffusion d'une impureté de conductivité inverse dans une zone superficielle dudit substrat ; la formation d'une couche diélectrique sur au moins une partie de ladite zone superficielle, ladite couche diélectrique étant capable de rejeter ladite impureté de conductivité inverse ; et la diffusion de ladite impureté de conductivité inverse plus profondément dans ledit substrat afin de former dans ce dernieruze région de conductivité inverse dont la partie directement située sous la couche diélectrique est de plus grande conductivité que le reste de ladite région. L'invention sera mieux comprise a la lecture de la description qui va suivre, donnée a titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent - la figure 1, la première phase de fabrication d'un composant conforme à l'invention - la figure 2, la deuxième phase de fabrication d'un composant conforme a l'invention - la figure 3, la troisième et dernière phase de fabrication d'un composant conforme a l'invention. On va procéder maintenant a la description détaillée de l'invention en prenant comme exemple préférentiel de réalisation une diode Zener, bien qu'il soit évidemment possible d'utiliser d'autres matériaux, d'autres impuretés et concentrations d'impuretés, ainsi que d'autres dimensions. On prendra par exemple un substrat de silicium 1, comme représenté par la figure 1, dopé avec un matériau de conductivité n tel que de l'antimoine, et ayant une concentration type d'impureté de 1016 a 1019 atomes/cm3. Le substrat peut être par exemple de 0,1 a 0,35 mm d'épaisseur. On peut ensuite former sur toute la surface de la pastille une couche diélectrique 2. La couche 2 peut avoir paroecemple une épaisseur de 14 000 et peut être du bioxyde de silicium déposé thermiquement dans une atmosphère d'oxygène a une température approximative de 1200du. On pratique par une méthode photolithographique conventionnelle quelconque un trou dans la couche 2 afin de mettre è jour une zone 3 de la surface di substrat. Ensuite, par une technique de diffusion conventionnelle, on diffuse un matériau d'impureté de type p dans les limites de la zone superficielle 3 afin de former une région prédiffusée 4. Le matériau d'impureté du type p peut être du bore ayant une concentration normale de 5 x 1020 atomes/cm3.La région prédiffusée 4 peut s'enfoncer dans le substrat d'environ 0,2 pm. Ensuite, comme représenté par la figure 2, on dépose une couche 5 de nitrure de silicium par-dessus la couche d'oxyde 2 et la partie précédemment découverte 3 du substrat 1. La couche de nitrure 5 peut avoir par exemple une épaisseur de 1500 R et peut être déposée par une technique conventionnelle pyrolytique, a 9250C dans une atmosphère d'ammoniac et de 3% de silane en azote. Au moyen d'une technique de masquage conventionnelle, on peut, une fois encore, former une configuration photolithographique 6 par-dessus la couche de nitrure de silicium 5 afin de découvrir une zone 7 de cette dernière. La couche de masquage 6 peut être par exemple un film photorésistant tel que du KTFR (de l'anglais Kodak Thin Film Resist) déposé de manière classique. La zone découverte 7 de la couche de nitrure peut maintenant être éliminée par attaque gazeuse dans un dispositif connu de décharge luminescente sans électrode. L'atmosphère du réacteur de décharge luminescente contient du fluor ou bien un composé du fluor, tel que du tétrafluorure de carbone (CF4) ou de l'hexafluorure de soufre (SF6) a l'état gazeux. La décharge luminescente HF est établie de la manière habituelle en appliquant par exemple une puissance de 300 W pour 1 MHz aux bobines HF ou électrodes situées a l'extérieur du réacteur.On s'aperçoit que les particules de fluor deviennent ionisées dans les limites de la décharge luminescente, et puisque cette décharge luminescente (ou plasma) est établie au voisinage de la surface des couches a attaquer par voie gazeuse, c 'est-a-dire approximativement a 3 a 12 millimètres de ladite surface, que le fluor ionisé commence a attaquer la surface de nitrure de silicium. Si l'on utilise du tétrafluorure de carbone comme atmosphère et comme solution d'attaque dans le dispositif de décharge luminescente, on peut employer de l'azote comme gaz porteur ce qui, en fait, procure de meilleures vitesses de gravure.On s'est aperçu que les attaques gazeuses pouvaient s'effectuer a des vitesses appropriées a température ambiante, c'est-a-dire 200C, ce qui permet un meilleur contrôle du processus et facilite l'opération. La température du substrat au cours de l'attaque gazeuse peut être portée jusqu'a 1500C tout en procurant des vitesses de gravure plus grandes. Au-dessus de 150ex cependant, le matériau photorésistant KTFR aurait tendance a subir quelques détériorations. Le masque de KTFR qui est attaqué par voie gazeuse è une vitesse approximative de 100 #/minute peut être prévu assez fin pour être éliminé pendant que la couche de nitrure de silicium exposée est en train d'etre attaquée et, même, de façon a être éliminé avant que la partie exposée de la couche de nitrure de silicium soit traversée, ce qui permet alors à l'attaque gazeuse de se poursuivre sans aucun effet délétère sur la définition de la configuration. Une fois la partie exposée 7 de la couche de nitrure de silicium entièrement attaquée, le matériau photorésistant qui subsiste éventuellement peut être éliminé au moyen d'un décapant Kodak de type courant tel que du J-100 ou bien par attaque gazeuse dans une atmosphère d'oxygène. Selon une variante, la couche 6 peut être constituée par du bioxyde de silicium déposé de manière connue au moyen de techniques de dépôt de photolithographie et d'attaque classiques. Dans ce cas, la partie 7 découverte de la couche de nitrure peut être ôtée au moyen d'une solution d'attaque humide telle que de l'acide phosphorique chaud. Ensuite, comme représenté par la figure 3, on peut former une couche de bioxyde de silicium 8 par-dessus la surface 9 du substrat 1 qui vient juste d'être découverte, en soumettant le substrat è une température d'environ 12000C dans une atmosphère sèche ou humide d'oxygène. La couche d'oxyde 8 croît à une épaisseur d'environ 1000 A. Pendant ce temps, à la température de 12000C, l'impureté constituée par le bore contenu dans la région prédiffusée 4 se diffuse plus profondément dans le substrat 1 et forme la région 10 à conductivité de type p comportant les zones périphériques à diffusion profonde 10' et la zone centrale à diffusion moins profonde 10". Les zones 10' s'étendent sous la couche de nitrure 5 et la zone centrale 10" s'étend sous la couche d'oxyde 8. La phase de diffusion, dans le présent exemple, est poursuivie jusqu a ce que les zones périphériques 10' s'étendent à environ 8,3 pm de la surface du substrat, et la zone centrale 10" à environ 5,1 pm de la même surface. Les zones 10' s'enfoncent non seulement plus profondément dans le substrat que la zone 10", mais elles sont encore de conductivité plus grande que cette dernière. Ceci est dû au fait que la couche de nitrure de silicium recouvrant les zones 10' n'absorbe pas de bore, ou bien le cas échéant de phosphore, et a tendance à rejeter le bore, tandis que la couche d'oxyde 8 recouvrant la zone 10" a tendance à filtrer ou à absorber les impuretés de bore de la région prédiffusée 4, ce qui détermine une partie diffusée 10" relativement peu profonde et de résistivité relativement plus élevée que celle des parties périphériques 10'. Les zones profondément diffusées de plus grande conductivité 10' ont tendance à limiter la rupture de tension du composant à la partie centrale de plus grande résistivité 10", ce qui est souhaitable. Il est bien évident que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Méthode pour la formation dans un substrat semi-conducteur ayant un type donné de conductivité d'un composant constitué par uneregion de conductivité inverse comportant deux parties de résistivité différente, caractérisée par le fait qu'elle prévoit de diffuser une impureté de conductivité inverse dans une zone superficielle dudit substrat, de former une couche de diélectrique par-dessus au moins une partie de ladite zone superficielle, ladite couche de diélectrique étant capable de rejeter ladite impureté de conductivité inverse, et de diffuser ladite impureté de conductivité inverse plus profondément dans le substrat afin de former dans ce dernier une région de conductivité inverse dont la partie située directement sous ladite couche diélectrique est de conductivité plus élevée que le reste de ladite région. 2. Méthode pour la formation dans un substrat semi-conducteur de conductivité donnée d'un composant constitué par une région de conductivité inverse comportant deux parties de résistivité différente, caractérisée par le fait qu'elle prévoit de former une première couche de diélectrique par-dessus une surface principale duditsubstrat tout en laissant une zone de ladite surface exposée, de diffuser une impureté de conductivité inverse dans la zone exposée de ladite surface dudit substrat, de former une deuxième couche de diélectrique par-dessus une partie de ladite zone exposée de la surface dudit substrat, de former une troisième couche diélectrique par-dessus le reste de ladite zone exposée dudit substrat, ladite troisième couche diélectrique étant capable d'absorber ladite impureté de conductivité inverse tandis que ladite deuxième couche diélectrique est capable de rejeter ladite impureté de conductivité inverse, enfin, de diffuser ladite impureté de conductivité inverse plus profondément dans ledit substrat afin de former dans ce dernier une région de conductivité inverse dont la zone située directement sous ladite deuxième couche diélectrique a une plus grande conductivité que celle de la zone de ladite région située directement sous ladite troisième couche diélectrique. 3. Méthode conforme à la revendication 2, caractérisée par le fait que la zone de ladite région située directement sous ladite deuxième couche diélectrique s'est enfoncée plus profondément dans ledit substrat que le reste de ladite région. 4. Méthode conforme à la revendication 2, caractérisée par le fait que ladite deuxième couche diélectrique s'étend par-dessus ladite première couche diélectrique. 5. Méthode conforme à la revendication 2, caractérisée par le fait que ladite première couche diélectrique est du bioxyde de silicium. 6. Méthode conforme à la revendication 2, caractérisée par le fait que ladite deuxième couche diélectrique est du nitrure de silicium. 7. Méthode conforme à la revendication 6, caractérisée par le fait que ledit nitrure de silicium est déposé par une méthode pyrolytique. 8. Méthode conforme à la revendication 6, caractérisée par le fait que ledit dépôt pyrolytique de ladite couche de nitrure de silicium se fait à environ 8000C dans une atmosphère d'ammoniac plus 3Z de silane dans un support d'azote. 9. Méthode conforme à la revendication 2, caractérisée par le fait que ladite troisième couche diélectrique est du bioxyde de silicium déposé par croissance thermique dans une atmosphère sèche ou humide d'oxygène à environ 12O00C. 10. Méthode conforme à la revendication 9, caractérisée par le fait que la diffusion a plus grande profondeur de ladite impureté de conductivité inverse est réalisée simultanément avec la croissance thermique de ladite troisième couche diélectrique. 11. Méthode conforme à la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite impureté de conductivité inverse est constituée par un matériau ayant une conductivité de type p, ladite région ayant une conductivité p, et le reste dudit substrat une conductivité n. 12. Méthode conforme à la revendication 11, caractérisée par le fait que ledit matériau de conductivité p est du bore. 13. Méthode conforme à la revendication 3, caractérisée par le fait que la zone plus profonde de ladite région est formée à la périphérie de ladite région. 14. Méthode conforme à la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite couche diélectrique est du nitrure de silicium. 15. Méthode conforme à la revendication 1, caractérisée par le fait que la zone de ladite région qui est située directement sous ladite couche diélectrique s'est étendue plus profondément dans ledit substrat que le reste de ladite région. 16. Méthode conforme à la revendication 15, caractérisée par le fait que la zone plus profonde de ladite région se forme à la périphérie de ladite région.