Brevet FR2118169A1 — publié le 19720728

î 211816.9 L'invention concerne les dispositifs semi-condues, et plus particulièrement des procédés de stabilisation de couches de paasiva-tion au nitrure de silicium pour ces dispositifs. Des couches minces en matériau isolant ont été Ht i.'isee-R 5 largement à la surface des dispositifs semi-conducteurs au silicium, à diverses fins.Entre autres,ces couches sont utilisées pour protéger et passiver la partie de surface d'une jonction PN. Le nitrure de silicium s'est révélé un excellent matériau de passivation pour ces dispositifs, cependant, les corps er. silicium revêtus de couches de nitrure par des procédés connus ont jusqu'à présent fréquem-10 ment présenté une surface de séparation instable électriquement, entre le cort^ en silicium et la couche en nitrure de silicium. Il est probable que cette instabilité est due à la forçat ion d'états d'énergie à haute débité agissant comme des capteurs de porteurs de charges, abaissant la possibilité de tension de blocage de la jonction passivée. 15 Conformément à l'if. vent ion, uae couche de passivation au nitrure de silicium sur la surface d'un corps semi-conducteur est stabilisée en chauffant la couche dans une atmosphère non réductrice à une température supérieure à 930T, puis en refroidissant le dispositif. Au cours de la fabrication d'un, dispositif semi-conducteur 20 ayant une couche de passivation au nitrure de silicium stabilisée, l'invention est constituée par les phases suivantes. Tout d'abord, une couche de nitrure de silicium est déposée sur un corps semi-conducteur ayant une jonction PNr à la surface de ce corps, sur toute la partie de sur tace de la jonction, à la surface du corps. Ensuite, la couche est chauffée dans une atmosphère non 25 réductrice à une température supérieure à 930°G pendant un certain temps pour stabiliser la couche de nitrure de silicium; enfin, le dispositif est refroidi. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin annexé dans lequel : 30 - la figure 1 est un diagramme représentant les diverses étapes du procédé conforme à l'invention; et - la figure 2 est une vue en coupe d'un transistor fabriqué conformément au procédé de l'invention. Le procédé conforme à l'invention sera décrit en référence 35 au diagramme de la figure 1, et. l'utilisation de ce procédé pour la fabrication d'un transistor plan diffusé NPN sera décrite en référence à la figure 2. Le procédé conforme à l'invention comporte les phases suivantes représentées 71 45531 2 2118169 schématiquement sur la figure 1 : un corps de silicium ayant une jonction PN sur une surface (1) est recouvert d'une couche de nitrure de silicium sur la surface et par-dessus la jonction (2); le corps et la couche de nitrure de silicium sont chauffés dans une atmosphère non réductrice à au moins 93CC 5 (3); et, enfin, le dispositif est refroidi (4). Le transistor, représenté en 10 sur la figure 2, est formé d'un corps de silicium 12 comportant des surfaces supérieure et inférieure 14 et 16, respectivement. Le corps 12 sert-de région de collecteur pour le transistor 10. Une région de base de type P, 18, est diffusée dans le corps 10 collecteur de type N, 12, à partir de la surface supérieure 14, et forme une jonction 20 plane PN base-collecteur qui intercepte la surface supérieure 14, Une région d'émetteur de type N, 22, est diffusée dans la région de base 18 et forme une jonction plane PN émetteur-base 24 qui intercepte également, la surface supérieure 14. 15 Après la diffusion des régions de base et d'émetteur 18 et 20, une couche mince de bioxyde de silicium est déposée sur la surface supérieure 14. Cette couche est retirée, par exemple en traitant le transistor à l'aide d'un décapant à l'acide fluorhydrique; ensuite, la surface supérieure 14 peut être traitée par un agent nettoyant convenable, tel qu'un mélange 20 d'.acide sulfurique et de peroxyde d'hydrogène, par exemple. Le corps 12 est ensuite placé dans un moufle tubulaire de four (non représenté), et une couche mince de nitrure de silicium 26, d'une O épaisseur égale à environ 500 à 2.000 A, est déposée sur la surface supérieure 14. La couche 26 de nitrure de silicium peut être déposée à l'aide d'un certain 25 nombre de techniques bien connues des spécialistes. A titre d'exemple, cette couche 26 peut être déposée en chauffent le corps 12 dans le moufle du four à une température comprise entre 800 et 850°C, et en traitant la surface supérieure 14 avec un mélange gazeux constitué essentiellement d'azote (2,85 m^/h environ), 3 3 d'ammoniac (0,02831 m /h environ) et de silane (0,02831 m /h environ) pour y 30 déposer le nitrure de silicium, Cette technique est généralement connue sous le nom de "système ammoniac-silane". Toutes les phases qui seront décrites plus loin sont bien connues. La couche en nitrure de silicium 26 est alors stabilisée de la manière suivante. Le moufle du four est tout d'abord purgé de tous les 35 gaz réactifs; le transistor 10 peut alors être placé dans un autre moufle de four. Ensuite, le moufle de four est rempli par un gaz non réducteur, tel que l'azote, bien que l'oxygène, l'argon et la vapeur d'eau conviennent également. —y y. * I 45531 2116169 I.e corps 12 et la couche en nitrure de silicium 26 sont ensuite chauffés à une température supérieure à 930°C, pendant au moins 1 mn, et de préférence pendant environ 15 mn. pour stabiliser la couche 26. En outre, la demanderesse a découvert que, en maintenant la température au-dessous de 5 980°C, un rendement supérieur pouvait être obtenu pour la couche de nitrure de silicium stabilisée. Le transistor 10 est ensuite refroidi. Bien que ceci ne soit pas essentiel, une vitesse de refroidissement programmée d'environ 180°C par heure à environ 750cC s'est montrée avantageuse pour le dispositif passivé résultant. Le transistor 10 est ensuite retiré du moufle tubulaire du 10 four et exposé à la température de la pièce. Pour obtenir une passivation supplémentaire, il est préférable de placer le transistor 10 dans un autre moufle de four et de déposer une couche mince 27 en verre borosilicaté, d'une O épaisseur comprise entre 5000 et 20.000 A, à l'aide de techniques bien connues. La couche de verre 27 et la couche en nitrure de silicium 26 sont ensuite trai-15 tées par masquage photorésistant et par décapage, pour définir des ouvertures de contact 28 et 30 de base et d'émetteur, respectivement. Les contacts 32 et 34 de base et d'émetteur sont ensuite déposés à travers les ouvertures 28 et 30, et un contact de collecteur 36 est déposé sur la surface inférieure 16. Les transistors comportant des couches de passivation au 20 nitrure de silicium stabilisées de cette manière ont présenté des tensions de blocage plus stables et supérieures par rapport à celles des transistors identiques utilisant des couches de passivation au nitrure de silicium, mais non stabilisées comme décrit ci-dessus. Bien que la façon dont cette stabilisation de la couche en nitrure de silicium se produit pendant la phase de 25 traitement par la chaleur ne soit pas bien comprise, elle semble due au fait que l'excès d'hydrogène est retiré de la couche en nitrure de silicium sous l'effet de la gamme de températures utilisée (au-dessus de 930=C) quelque peu supérieure à la température de mobilité de l'hydrogène. En outre, la phase de chauffage s'effectue dans une atmosphère non réductrice, facilitant 30 ainsi le retrait d'hydrogène de la couche en nitrure de silicium. Bien que l'invention ait été décrite en référence à un transistor diffusé plan, il est bien entendu que cette invention n'est pas limitée aux dispositifs fabriqués conformément à cette technique; l'invention peut s'appliquer par exemple à des dispositifs à proéminence ou "mésa" décapée 35 ou des dispositifs fabriqués selon des techniques épitaxiales. Il va de soi que l'invention décrite est susceptible de nombreuses modifications ou variantes sans pour autant sortir de son cadre. 71 45531 2118169 REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un dispositif semi-conducteur comportant une couche de passivation en nitrure de silicium recouvrant une partie de surface d'une jonction PN, ce procédé étant caractérisé par une phase de chauffage de la couche en nitrure de silicium dans une atmosphère non réductrice à une température supérieure à 930°C pendant un certain temps pour stabiliser la couche, puis une phase de chauffage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température n'est pas supérieure à 980°C. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2. caractérisé en ce que l'atmosphère non réductrice est constituée essentiellement d'azote. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite période est comprise entre 1 et 15 mn. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le refroidissement est effectué à une vitesse d'environ 180°C par heure, jusqu'à ce que la température soit située aux environs de 750°C, ce refroidissement étant suivi d'une exposition à la température de la pièce. b. Procédé selon l'une quelconque des revendications précé dentes, caractérisé en ce que la couche en nitrure de silicium stabilisée est recouverte par une couche de verre borosilicaté. 7. Dispositif semi-conducteur, caractérisé en ce qu'il comporte une couche en nitrure de silicium passivée, stabilisée conformément au procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.