Brevet FR2123285A1 — publié le 19720908

469^3 i 2123285 La présente invention se rapporte à un procédé pour fabriquer des dispositifs semiconducteurs et concerne plus particulièrement des techniques de fabrication de transistors qui permettent de déterminer, au cours de la fabrication, la résistivité pelliculaire 5 de base, sous l'émetteur de chaque transistor. A l'heure actuelle l'industrie utilise de nombreux procédés universellement connus pour fabriquer des transistors et qui permettent de produire simultanément un grand nombre de dispositifs sur la même plaquette semiconductrice. Toutefois, le point commun de 10 tous ces procédés réside en ce qu'avant de métalliser et de couper la plaquette semiconductrice en transistors individuels, celle-ci comporte une couche de collecteur d'épaisseur uniforme, une couche de base d'épaisseur uniforme adjacente à cette couche de collecteur et un certain nombre de régions d'émetteur espacées dans la couche 15 de base. Les caractéristiques des transistors produits par ces procédés sont liées à la résistivité pelliculaire, de la partie de la couche de base comprise entre chaque couche d'émetteur et de collecteur diffusée; en conséquence, il est utile de pouvoir mesurer la résis-20 tivité pelliculaire de cette partie de 1a. couche de base après la diffusion de l'émetteur et, avant la métallisat-ion et la division de la plaquette. Ainsi, lorsque la résistivité pelliculaire de la base, entre les couches d'émetteur et de collecteur, est trop faible, on peut procéder à une nouvelle diffusion des émetteurs, jusqu'à ce 25 que la résistivité pelliculaire désirée ait été obtenue. Toutefois, dans les procédés ci-dessus, la résistivité pelliculaire de la couche de base entre les couches d'émetteur et de collecteur, est difficile à mesurer car cette couche ne peut être testée qu'à la surface, qui est plus fortement conductrice, de sorte qu'on obtient la va-30 leur de la résistivité superficielle et non pas celle de la résistivité pelliculaire sous l'émetteur. En conséquence, il serait utile d'imaginer des moyens permettant de mesurer la résistivité pelliculaire de la couche de base, entre les régions d'émetteur et de collecteur, après l'étape de diffusion de l'émetteur. 35 A cette fin, la présente invention apporte un procédé pour fa briquer certain nombre de conducteurs dans une plaquette seiLicoîi-ductrice ayant une surface, cette plaquette renfermant une couche 71 46943 2 2123285 de collecteur ayant un certain mode de conduction et une couche de base ayant le mode de conduction opposé, adjacente à la couche de collecteur et s1étendant à la surface de ladite plaquette. Ce procédé comprend les étapes suivantes: 5 Premièrement, on diffuse un certain nombre de régions d1 émet teur ayant le même mode de conduction que la couche de collecteur dans la couche de base à partir de la surface. Deuxièmement, on diffuse au moins une région annulaire ayant le même mode de conduction que la région d'émetteur dans la couche 10 de base à partir de la surface à la même profondeur que les régions drémetteur. Troisièmement, on détermine la résistivité pelliculaire de la couche de base entre la région annulaire et la couche de collecteur, et si elle est inférieure à un minimum donné, on soumet les régions d'émetteur et les régions annulaires à une nouvelle dif-15 fusion. On fractionne ensuite la plaquette en un certain nombre de transistors dont chacun comporte une partie des couches de collecteur et de base et, au moins, l'une des régions d'émetteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressor-tiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre 20 d'exemple nullement limitatif, en référence au dessin annexé, dans lequel: - les fig.l à 3 sont des coupes illustrant les étapes successives de la fabrication d'une plaquette semiconductrice par le procédé de l'invention; 25 - la fig.4 est une vue en plan de la plaquette de la fig.3, et - les fig.5 et 6 sont des coupes illustrant d'autres étapes du procédé de l'invention. On vadécrire maintenant en détail le procédé de l'invention en se référant aux Fig.l à 6 qui illustrent l'application de l'inven-30 tion à la production de transistors planars diffusés. Toutefois, il est bien évident que des -ispositifs p-n-p pourraient tout aussi bien être fabriqués par ce procédé et que celui-ci n'est nullement limité à la production de dispositifs à diffusion unique; c'est ainsi, par exemple, que ce procédéest aussi compatible avec des techni-35 ques épitaxiques et à diffusions multiples. En se référant maintenant à la fig.l, on voit qu'on part d'une plaquette seciconductrice 10 de type p ayant une face supérieure 14 71 46943 3 2123285 et inférieure 16, la face supérieure 14 étant couverte d'un mince revêtement isolant 18. Une partie de la plaquette 10 sert de couche de hase 12 à tous les transistors produits. C'est ainsi, par exemple, que la plaquette 10 peut être constituée par un disque de sili-5 cium de 0,125 à 0,225 mm d'épaisseur et d'un diamètre de 50 mm; le revêtement isolant 18 peut être constitué par une couche de bioxyde O de silicium d'environ 10 000 à 20 000 1 d'épaisseur. Comme le montre la fig.2, on traite le revêtement isolant 18 par des techniques de photogravure de façon à ménager un certain 10 nombre d'ouvertures d'émetteur 20 découvrant certaines parties de la plaquette 10 à la surface 14. Pendant ce traitement, un certain nombre d'ouvertures annulaires 22 sont aussi produites dans le revêtement 18 afin d'exposer d'autres parties de la plaquette 10 à la surface 14. Dans le présent exemple, les ouvertures 22 sont annulai-15 res,' c'est à dire, présentent la forme d'un anneau ayant un rayon intérieur et un rayon extérieur, avec un centre commun, le revêtement 18 ayant été enlevé tout au long de l'anneau compris entre ces deux rayons. On place ensuite la plaquette 10 dans un four de diffusion (non représenté) et on l'expose à une source d'impuretés de ty-20 pe n, par exemple, à de 1'oxychlorure phosphoreux, pendant la période de temps nécessaire pour diffuser une région d'émetteur n 24 (fig. 3) à travers chaque ouverture d'émetteur 20 et dans la couche de base 12, à partir de la face supérieure 14. En même temps, une région annulaire n 26 est diffusée à travers chaque ouverture annulaire 22 25 dans la couche de base 12 et, ainsi, entoure une partie 28 de'cette couche de base 12 à la surface 14. La partie 28 ainsi entourée est clairement visible sur la vue en plan de la fig.4. Ensuite, on. diffuse aussi une couche de collecteur n 30 d'épaisseur uniforme (fig. 3) dans la plaquette 10, à partir de sa face inférieure 16. Pendant' 30 cette diffusion, un mince revêtement de verre phosphoreux se dépose au-dessus du revêtement isolant initial 18, dans les ouvertures d' émetteur 20 et dans les ouvertures annulaires 22, ainsi que sur la face inférieure 16. En se référant maintenant à la fig.5, on voit que le revête-35 ment isolaiit composite 18 est traité par une technique de photogravure afin de rouvrir les ouvertures d'émetteur 20. En même temps, une grande ouverture 32 est pratiquée dans le revêtement 18; cette ouverture devant simplement être assez grande pour découvrir la 71 46943 4 2123285 partie entourée 28 à la face supérieure 14. Bans le présent exemple la grande ouverture 32 expose la région annulaire 26, la partie environnante 28 et une partie de la couche de base 12 située à l1extérieur de la région annulaire 26, à la face supérieure 14. 5 On notera sur la fig.5 qu'un circuit d'essai est ensuite utili sé pour mesurer la résistivité pelliculaire de la couche de base p 12 entre -une ou plusieurs des régions annulaires 26 et la couche de collecteur 30. Ce circuit comprend une première sonde 34, "une seconde sonde 36 et une source électrique continue 38 dont l'une des bor-10 nés est reliée à la première sonde 34. L'autre borne de la source électrique 38 est connectée à la seconde sonde 36, en intercalant un ampèremètre 40 dans la ligne. Un voltmètre 42 est branché entre une troisième et une quatrième sondes 35 et 37. Pour mesurer la résistivité superficielle, on place la première et la troisième son-15 des 34 et 35 au contact de l'une des parties environnantes 28 à la face supérieure 14 de la plaquette. La seconde et la quatrième sondes 36 et 37 sont amenées au contact d'un autre point quelconque de la couche de base 12 située à l'extérieur de la région annulaire 26. Après que le courant a circulé pendant un certain temps entre 20 les deux sondes 34 et 36, de sorte qu'un régime stable s'est établi, on lit respectivement les indications d'intensité et de tension sur l'ampèremètre 40 et le voltmètre 42. En appliquant la loi d'Ohm, on calcule la résistance totale en ohms, entre chacun des deux couples de sondes (34-35 et 36-37) résistance qui est égale à l'indi-25 cation du voltmètre 42 en volts, divisée par l'indication de l'ampèremètre 40 en ampères. Lorsque la région utilisée pour isoler une partie de la couche de base 12 a la forme d'un anneau, comme décrit ci-dessus, la résistivité pelliculaire de la couche de base 12 comprise entre la région annulaire 26 et la couche de collecteur 30 30 est donnée par la formule connue suivante : 23CV ■j sh = î- ln (r /r.) o 1 dans laquelle : ? sh est la résistivité pelliculaire de la couche de base entre 35 la région annulaire et la couche de collecteur. Rj. est la résistance totale entre chaque couple de sondes. 71 46943 5 2123285 rQ est le rayon extérieur de la région annulaire, et r^ est le rayon intérieur de cette région annulaire. Après la diffusion de l'impureté n, les dimensions entre la couche de collecteur 30 et les régions d'émetteur et annulaire 24 et 5 26 sont les mêmes; en conséquence, la mesure de la résistivité pelliculaire (fsh) s'applique également à la résistivité pelliculaire, de la couche de base située sous chacune des régions d'émetteur 24. Lorsque cette résistivité est au-dessous du minimum prévu, on peut remettre la plaquette 10 dans le four pour poursuivre la diffusion 10 des régions d'émetteur et annulaire; ensuite, on remesure la résistivité pelliculaire. On poursuit cette séquence d'opérations, suivant le besoin, jusqu'à ce que la résistivité pelliculaire voulue soit obtenue. On conçoit que cette technique permet de contrôler la résistivité pelliculaire de base entre les couches d'émetteur et de 15 collecteur, pendant les opérations de fabrication. Comme le montre la fig.6, on produit ensuite des contacts métalliques d'émetteur, de base et de collecteur 44-46 sur la plaquette 10; on dépose le contact de base 45 au-dessus de la région encerclée 28, de la région annulaire 26 et de la partie de la couche 20 de base située autour de la région annulaire, pour éviter les effets de cette région annulaire pendant le fonctionnement du dispositif. On divise ensuite la plaquette en transistors individuels 48 dont chacun comprend une partie de la couche de collecteur n 30, une partie de la couche de base p 12, l'une des régions d'émetteur 24 et 1' 25 une des régions annulaires 26. Un autre procédé pour mesurer la résistivité pelliculaire de base entre les régions annulaires 26 et la couche de collecteur 30 est aussi représenté sur la fig.5. Bans cette variante, on place la seconde et la quatrième sondes ( désignées par 36f et 37r et qui sont 30 esquissées en tirets sur la fig.5) au contact de la région encerclée 28 associée à une seconde région annulaire 26. La résistance totale entre chaque Gouple de sondes est à nouveau mesurée de la même manière que dans l'exemple précédent. Toutefois, étant donné que la résistance totale ainsi mesurée représente la résistance en-35 tre deux régions annulaires 26 et la couche de collecteur 30, la résistance se rapportant à une seule région annulaire 26 n'est que la moitié de cette résistance totale; en conséquence, la formule 71 46943 6 2123285 donnant ^ sh mesuré de cette manière est : 9 Et f sh = In (r0/r±) Ci-dessus, il est fait mention d'une région annulaire, mais il 5 est bien évident que les formules ci-dessus ne s'appliquent qu'au calcul du |sh de telles régions. Néanmoins, d'autres régions de forme annulaire conviennent également, à condition que ces régions se referment sur elles-mêmes et encerclent une partie de la couche de base. Les formules permettant de calculer le fsh pour d'autres ré-10 gions de forme annulaire sont connues ou peuvent être déterminées à partir de critères connus. 71 46943 7 2123285 HTOBNDICATIONS 1.- Procédé pour fabriquer un certain nombre de transistors à partir d'une plaquette semiconductrice ayant une surface, une couche de collecteur ayant ion certain mode de conduction dans cette 5 plaquette et une couche de base ayant le mode de conduction opposé, voisine de la couche de collecteur et s'étendant à la surface de la dite plaquette, le dit procédé étant" caractérisé en ce qu'on diffuse un certain nombre de régions d'émetteur séparées ayant le premier mode de conduction dans ladite couche de base à partir de la 10 dite surface; on diffuse une région annulaire ayant ce premier mode de conduction dans ladite couche de base à partir de ladite surface à la même profondeur que lesdites régions d'émetteur» on détermine la résistivité pelliculaire de ladite couche de base entre ladite région annulaire et ladite couche de collecteur; et on divise la 15 dite' plaquette en un certain nombre de transistors dont chacun comprend une partie des dites couches de collecteur et de base et, au moins, une desdites régions d'émetteur. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on soumet lesdites régions d'émetteur et ladite région annulaire à une 20 nouvelle rediffusion avant ladite étape de division lorsque la résistivité pelliculaire de ladite couche de bâse a été déterminée comme étant inférieure à un minimum donné. 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on diffuse simultanément les régions d'émetteur et ladite région annu- 25 laire dans ladite couche de base. 4.- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la dite région annulaire entoure ou encercle une partie de ladite.couche de base à ladite surface, l'étape de détermination de ladite résistivité pelliculaire consistant à mesurer la résistance totale 30 entre cette partie encerclée et un autre point de ladite couche de base, situé sur ladite surface, et à calculer la résistivité pelliculaire de la couche de base sousjacente à ladite région annulaire errljtilisant la formule suivante : 2 3fRt f sh = - 35 ln (rQ/ r±) dans laquelle = " 71 46943 s 2123285 fsh est la résistivité pelliculaire de ladite couche de base située sous ladite région annulaire, Rj. est la résistance totale entre la partie encerclée et ledit autre point. 5 rQ est le rayon extérieur de la région annulaire , et r^ est le rayon intérieur de cette région annulaire. 5.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on dépose, en outre, une couche conductrice sur ladite surface, au-dessus de ladite couche de base, de ladite partie encerclée et de la 10 dite région annulaire avant l'étape de division de la plaquette. 6.- Procédé pour fabriquer un certain nombre de transistors à partir d'une plaquette semiconductrice ayant une surface et qui renferme une couche de collecteur ayant un certain mode de conduction et une couche de base ayant le mode de conduction opposé qui est ad- 15 jacente à ladite couche de collecteur et qui s'étend à ladite surface, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'on diffuse un certain nombre de régions d'émetteur séparées ayant le premier mode de conduction dans ladite couche de base à partir de ladite surface; on diffuse un certain nombre de régions annulaires ayant le premier mo- 20 de de conduction dans ladite couche de base à partir de ladite surface à la même profondeur que lesdites régions d'émetteur, chacune desdites régions annulaires étant adjacente à l'une desdites régions d'émetteur; on détermine la résistivité pelliculaire de ladite couche de base entre lesdites régions annulaires et ladite couche de 25 collecteur; on dépose une couche conductrice sur ladite surface, au-dessus de ladite couche de base et de chacune desdites régions annulaires, et on divise la plaquette en un certain nombre de transistors, chaque transistor incluant une partie desdites couches de collecteur et de base et, au moins, l'une desdites régions d'émetteur 30 et desdites régions annulaires. 7.- Procédé selon la revendication 6 , caractérisé en ce que les régions annulaires entourent ou encerclent une partie de ladite couche de base, à ladite surface, l'étape de détermination de ladite résistivité pelliculaire consistant à mesurer la résistance totale 35 entre les parties encerclées de deux régions annulaires et à calculer la résistivité pelliculaire de la couche de base située sous l'une desdites régions annulaires en utilisant la formule suivante: 71 46943 9 2123285 * Rt ? sh = In (^q/^) dans laquelle : Jsh est la résistivité pelliculaire de ladite couche de hase 5 située sous la région annulaire. Rj. est la résistance totale entre les deux parties encerclées rQ est le rayon extérieur de ladite région annulaire et r. est le rayon intérieur de cette région annulaire