Brevet FR2188311A1 — publié le 19740118

Pour augmenter la fréquence maximale de fonctionnement d'un transistor bipolaire, -il faut rendre les deux paramètres suivants aussi faibles que possible, à savoir le temps de transit des porteurs dans la base, et la constante de temps T = rabbi Cct OU rabbi est la résistance de la base et Cc, la capacité base collecteur. Dans les transistors classiques,l'émetteur et la base sont obtenus par des diffusions successives dans le substrat constituant le collecteur à partir de-la surface de celui-ci. On sait que dans de telles diffusions, la concentration en impuretés diminue au fur et à mesure que l'on su éloigne de la surface à partir de laquelle on fait cette diffusion. le temps de transit des porteurs de la base est directement fonction de la différence xB - xE, xB étant la profondeur de la diffusion base et xE la profondeur de diffusion émetteur . On ne peut dans les dispositifs classiques, diminuer xB - xE, sans diminuer à la fois xE et xB ; en effet, pour laisser une valeur aussi faible que possible, à la résistivité de la base, il faut que x3 soit aussi faible que possible, la résistivité r3 de la base s'accroissant avec la profondeur de diffusion, ce qui impose des profondeurs de diffusion très faibles. Enfin, pour que la résistance de la base soit aussi faible que possible, il faut que Ees dimensions de 11 émetteur qui conditionnent celles de la portion active de la base soient aussi faibles que possible. Il en résulte des difficultés pour la fabrication de contacts ohmiques reproductibles et fiables. La présente invention a pour objet un transistor bipolaire exempt de ces inconvénients. le transistor bipolaire selon ltinvention comporte un collecteur, un émetteur, une base, l'émetteur et la base étant diffusés dans le substrat collecteur à surface plane. Il est caractérisé en ce que la base comporte une région diffusée dans l'épaisseur du collecteur à partir d'un plan différent du plan de la surface du collecteur, ladite base étant reliée à la surface du substrat, par des régions diffusées à partir da la surface de celui-ci. L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ci-après, en se référant aux dessins annexés, parmi lesquels La figure i représente,en coupe longitudinale, un transistor planar de type classique. La figure 2 représente en coupe le transistor selon llinven- tion. la figure 3 représente, vu du dessus, et la figure 4, en coupe, le transistor à la fin d'une première étape de fabrication d'un exemple de procédé de fabrication. La figure 5 représente, en coupe, le transistor à la fin d'une deuxième étape de fabrication. les figures 6 et 7 représentent, vu du dessus et en coupe, le transistor à la fin d'une troisième étape de fabrication. les figures 8 et 9 représentent, vu du dessus et en coupe, le transistor à la fin de sa fabrication. les figures 10 et 11 sont des courbes explicatives. La figure 12 représente le transistor à la fin de sa dernière étape de fabrication suivant une variante du procédé selon l'invention. Sur la figure 1, on voit un exemple de transistor bipolaire "planar" de type classique. Il comprend un substrat 1 dopé N+, sur lequel a été déposé par épitaxie, un collecteur 2 dopé N. A travers des masques appropriés ont été diffusés successivement la base 3, dopée P, et l'émetteur, dopé N+, 4. les profondeurs de diffusion sont xg pour la base, XF,, pour l'émetteur. On a vu plus haut que, pour qu'un tel transistor puisse fonctionner en hyperfréquences, il faillait que l'épaisseur de la base soit aussi faible que possible, pour minimiser le temps de transit des porteurs dans cette base. Autrement dit, x3 - te doit 8trie aussi faible que possible. De plus, la résistance de la base et par conséquent sa résistivité, doivent être aussi faibles que possible pooeréduire la constante de temps 2 = rbb? C,définie plus haut. la concentration en atones d'impuretés décroissant au fur et à mesure que lton s'éloigne de la surface du substrat, si on veut que la résistivité soit faible, il faut que 5 soit faible, et par conséquent 5 encore plus faible, la jonction base émetteur est ainsi proche du substrat. Enfin, la largeur de l'émetteur est limitée, pour que la résistance effective de la base soit aussi faible que possible. La figure 2 représente en coupe, un transistor bipolaire suivant l'invention. Sur cette figure, les mimes références désignent les mimes organes que dans la figure précédente. La base 3 est enterrée dans le collecteur 2. Autrement dit, elle n'est pas obtenue par diffusion à partir de la surface du collecteur, comme dans les transistors connus. On verra plus loin un exemple de procédé comprenant des diffusions et des épitaxies successives permettant obtenir une telle base. Dès maintenant, on peut signaler qu'elle a été obtenue par exemple, par une implantation ionique, la profondeur de l'implantation dépendant de la vitesse donnée aux ions de bombardement. il en résulte que sa concentration en atomes d'impuretés par centimètre cube est indépendante de la distance de son plan médian à la surface de la couche N servant de collecteur. Une diffusion 5, de type P+, fait communiquer cette base avec la prise de contact 6 située à la surface du collecteur. Cette diffusion est pratiquée, à partir de la surface de l'ensemble. l'émetteur 4 est une diffusion de type N+, faite à partir de la surface de l'ensemble. il résulte de cette disposition que la concentration en impuretés de la base est indépendante de la distance à la surface du collecteur et que 11 émetteur peut avoir une profondeur beaucoup plus grande que dans les transistors connus. Des métallisations 51 et 6 permettent les prises de contact à l'émetteur et à la base et une couche d'oxyde 7 assure la protection de l'ensemble. les figures suivantes montrent les étapes d'un exemple de procédé de fabrication. Figure 3 et figure 4, sur un substrat 1 de type N+, une cou che de type N, a été déposée par épitaxie, une couche 20 de type N qui sera le collecteur du futur transistor. Sur cette couche a été déposé un masque, par exemple rectangulaire, formant une fen8tre 30. A travers ce masque, est diffusée, à partir de la surface de la couche, une zone 3 de type P. L'étape suivante représentée figure 5, consiste à déposer par épitaxie une couche 21 de type N, comme la couche 20. Pendant ce mdmc temps, la zone 3 diffuse également dans la zone 21, sans atteindre sa surface. L'étape suivante permettra de fabriquer des accès de la surface à la base du transistor. Elle consiste à déposer sur l'ensem- ble un masque 50 (figure 6), présentant tenson centre et à sa périphérie, des parties opaques hachurées sur la figure, et une partie transparente 51 en forme d'anneau, rectangulaire sur la figure. A partir de la surface est alors diffusée une zone P+,5 dont la surface å la forme du contour 51 et qui a une profondeur suffisante pour atteindre la diffusion qui forme la base. La figure 7 représente le résultat obtenu après dépôt des contacts métalliques 6. A la fin de cette étape, un nouveau masque, figure 8, présentant une fendre 40, est déposé sur l'ensemble et une diffusion 4, figure 9, de type Ne, est diffusée à travers ce masque. Cette diffusion est assez profonde pour atteindre la région 3, et former avec elle la jonction nécessaire pour obtenir un transistor bipolaire. les contacts sont pris sur cette zone 4. les avantages du transistor suivant l'invention apparaissent au moyen des courbes des figures 10 et 11, qui représentent respectivement les concentrations en atomes/cm3, quand on prend comme abscisses les distances à la surface des transistors le long des lignes A, A', la figure 10 pour le transistor de la figure 2, la figure 11 pour un transistor classique. Ces ordonnées sont logarithmiques. Ces courbes sont valables pour un exemple de réalisation particulier. Sur la courbe de la figure 10, la concentration dans ltémet- teur en impuretés N+, varie de 10 at/cm pour x = 0 (surface de l'ensemble),à 0. pour x = xE (xE épaisseur de l'émetteur);dans l'exemple de réalisation considéré, on a xE = 1 micron. la La base a un profil de concentration en atomes P atteignant 1018 at/cm3, l'épaisseur de la base est w3 = 0,3 /u. On voit que l'on a ainsi une épaisseur de base relativement faible, ce qui diminue le temps de transit des porteurs libres de la base et abaisse la longueur d'onde minimale de fonctionnement. On a xB = 1,3 et xB - xE = 0,3 . La concentration dans le collecteur est constante et de l'ordre de 1016 at/cm3. La figure il représente les mimes caractéristiques pour le transistor classique de la figure 1. Pour obtenir x3 - xE = 0,3 on a xE = 0,) /u, pour les raisons que lton a indiquées plus haut. De plus, il est impossible pour une valeur E de cet ordre, d'obtenir pour la base une concentration supérieure à 1017 at/cm , si on veut obtenir la meme valeur xB-xE. La résistivité de la base est donc beaucoup plus grande que dans le cas précédent. On peut utiliser une méthode de fabrication faisant emprunt aux techniques de l'implantation d'ions. Dans cette méthode, le masque 30 est constitué d'un métal à forte masse atomique. Figure 12, la diffusion 3 a été obtenue dans la couche 2 de type N, qui a été obtenue par une seule épitaxie sur le substrat 1, par une implantation d'ions accepteurs à forte énergie 500 keV, par exemple. On obtient ainsi la profondeur requise, pour la région de base. La suite du procédé est semblable à celle du procédé précédent ; l'émetteur et les contacts de base peuvent être également obtenus par implantation d'ions de forte énergie. il est bien entendu que l'on a représenté la fabrication d'un seul transistor à émetteur simple. Ce procédé de fabrication permet de fabriquer plusieurs transistors simultanément ou des structures plus complexes, par exemple des transistors interdigités. il suffit de donner aux masques des formes convenables. REVENDICATIONS 1. Transistor bipolaire pour ultra haute fréquence, caractérisé en ce que sa base est constituée par une région enterrée dans le collecteur. 2. Transistor suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la base est reliée à ses prises de contact par des diffusions pratiquées à partir de la surface du substrat. 3. Procédé de réalisation d'un transistor bipolaire caractérisé par les étapes suivantes (i) dépot par épitaxie d'une couche faiblement dopée d'un premier type de conductivité, sur un substrat fortement dopé du même type de conductivité, cette couche servant de collecteur au futur transistor, (ii) insertion dans l'épaisseur de cette couche, d'une première région d'un deuxième type de conductivité opposé au premier, de façon que ladite région n'affleure pas à la surface de la deuxième couche, ladite région servant de base audit transistor, (iii) diffusion à partir do la sur2e3 de la deuxièm couche, dune trois1me région du uxième type de conductivité, cette troi sibme région rejoignant la première région, (iiii) diffusion dans ladite deuxième couche à partir de la surface de ladite deuxième couche d'une deuxième région formant jonction avec la première région, cette deuxième région servant d'émetteur au futur transistor. 4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la deuxième étape comporte le3 étapes supplémentaires suivantes (i) dépit par épitaxie sur ledit substrat d'une première partie de la deuxième couche, (ii) diffusion à partir de la surface de la première portion de ladite première région, (iii) dépôt de la deuxième couche sur l'ensemble. 5. Procédé suivant la revendication 3,caractérisé en ce que la deuxième étape comprend le bombardement de ladite couche par des ions appropriés, l'énergie de ceux-ci étant réglée pour obtenir la profondeur d'implantation convenable.