Brevet FR2186734A1 — publié le 19740111

La présente invention concerne un procédé de réalisation d'un dispositif semiconducteur, notamment d'un transistor utilisable dans la gamme des hyperfréquences, réalisé dans une région active d'un premier type de conduction située dans une plaquette semis conductrice et obtenu en creusant dans une première couche isolante recouvrant la région active du premier type de conduction, une première fenêtre traversant transversalement ladite couche isolante puis en déposant, dans ladite première fenêtre, une deuxième couche isolante dopée d'impuretés du second type de conduction oppose au premier que l'on fait ensuite diffuser dans la région active de la plaquette pour former la base et -en ouvrant ensuite simulta dément dans ladite deuxième couche isolante au moins une deuxième et une troisième fenetres destinées respectivement à la formation dtau moins un Pilot périphérique de base de même type de conduction que ladite base mais fortement dopé et d'au moins un velot d'émet- teur fortement dopé et de type de conduction opposé Un dispositif semiconducteur destiné à une utilisation dans le domaine des hyperfréquences doit avoir des éléments d'un encombre- ment réduit et l'intervalle entre chacun d'entre eux doit être le plus court possible. Dans le cas d'un transistor, par exemple, l'épaisseurdedela base doit castre très faible, de mee que la distance émetteur-base. Du point de vue électrique, la résistance de base, la résistance série de collecteur, la capacité base-collecteur et les résistances de contact doivent être minimes. Or, la plupart des transistor du type planaire utilisés dans le domaine des hyperfréquences ont été réalisés selon le même procédé que les transistors de type planaire classique. Dans ces conditions, l'émetteur est obtenu par diffusion d'impuretés d'un priez mier type de conduction donné dans un pilot constituant la base et dopé d'impuretés d'un second type de conduction opposé au premier. Or, lors de la diffusion des impuretés d'émetteur, les impuretés dopant la base diffusent dans la région de collecteur et augmentent ainsi le volume de ladite base et la distance émetteur-base. Par ailleurs, la résistance de base du transistor intervent pour une grande part dans les caractéristiques électriques du train. sistor ; en effet, ladite résistance de base est répartie non seulesent entre la résistance de base interne qui a son origine dans la zone située sous l'émetteur et qui dépend donc de l'épaisseur de base mais également de la résistance de base externe qui cor- respond à la distance entre la prise de contact sur la base et la périphérie de l'émetteur. En utilisant les procédés employés habi- tuellement pour les transistors classiques, il est difficile de réduire de beaucoup cette distance. En effet, les dépôts et diffusions successifs sont réalisés dans des ouvertures ou fenêtres créées dans la couche d'oxyde superficielle et obtenues par photogravure à l'aide d'écrans connus par les spécialistes sous le nom de masques.Or, la précision de l'alignement des masques les uns par rapport aux autres lors des photogravures, reste limitée malw gré tous les progrès qui ont pu etre réalisés dans ce domaine. Généralement, les transistors utilisés dans la gamme des hyperfréquences sont constitués d'une pluralité d'élémentsinclus dans un ou plusieurs velots de base et conduisent à une structure dite "interdigitée". Il va de soi que, dans ces conditions, les distances entre les plages de contact ou entre base et émetteurs ou encore entre émetteurs doivent être respectées du mieux possible. C'est pourquoi l'alignement des masques prend une telle importance. Des remèdes ont déjà été proposés dans le but de réduire ces inconvénients. On peut citer par exemple, le procédé dit en "émet- teur lavé" qui permet d'améliorer la précision de l'alignement des éléments. Mais ce procédé, dont la mise en oeuvre est simple, dans le cas où l'émetteur est obtenu à partir dtimpuretés de phosphore, devient difficilement applicable dans le cas où l'émetteur est obtenu à partir dtimpuretésd'arsenic, compte tenu du fait qu'un oxyde pur et un oxyde dopé à l'arsenic sont attaqués sensi blenent à la meme vitesse. Un autre procédé consiste à diffuser simultanément les impu- retés devant former la base généralement de type de conduction P et le ou les émetteurs de type de conduction opposé et de faible résistivité donc k. Ce procédé permet de mieux aligner l'émet- teur ou les émetteurs par rapport à lot de base mais ne résoud pas le problème de la présence de la résistance de base externe. Pour répondre à ce dernier cas, un autre procédé a été proposé et se trouve mentionné par exemple dans la demande de brevet n- 2 051 714, déposée en France par la Société Tokio Shibaura Eleetric Co, LTD, résidant au Japon. Selon ce procédé, dans la zone périphérique de la base réser- vée le plus souvent à la prise de contact de ladite base, on diffuse localement un velot de même type de conduction que la base mais b forte concentration en impuretés donc, généralement P+, ceci dans le but de réduire la résistance externe de base et aussi dans le but de faciliter la prise de contact de base. Un transistor réalisé selon cette méthode est obtenu, jusqu'à présent, de la manière décrite ci-après. A la surface d'un bloc semiconducteur, on forme un film isolant de SiO2 pur par exemple Dans ce film, on ouvre en premier lieu une fenêtre de grandes dimensions devant permettre la diffusion ultérieure de l'plot de base et lton remplit ensuite ladite fenêtre d'une couche d'oxyde d'impuretés de type P. Dans cette couche d'oxyde dopé, on ouvre de nouvelles fenêtres destinées, d'une part, à la formation du ou des velots périphériques de base et, d'autre part, à la formation du ou des Velots d'émet- teur. Ces fenêtres sont remplies successivement d'un oxyde dopé d'impuretés du type de conduction voulu et l'on diffuse les impuretés devant former l'plot de base et les impuretés devant former le ou les tlots périphériques de base et donnant le même type de conduction que les précédentes mais avec un taux de concentration différent. La diffusion des impuretés de lttlot de base et celle des impuretés des velots périphériques de base peuvent être effectuées isolément ou simultanément mais les deux possibilités présentent un inconvénient identique. En effet, pour donner une épaisseur suffisante à 1'!lot de base, le temps de diffusion des impuretés nécessaires est relativement long et, pendant cette difrusion, les impuretés des velots périphériques de base, de type P+, continuent à être entraînées non seulement transversalement mais égal lement latéralement. Dans ces conditions, il devient très diffi- cile d'obtenir les dimensions et la résistivité voulues, d'une part, pour l'plot de base et, d'autre part, pour le ou les velots périphériques de base et la distance entre lesdits velots péri- phériques de base et le ou les velots d'émetteur n'est pas parrain tement déterminée. De plus, entre chaque opération de dépôt d'oxyde dopé, la surface de la première couche d'oxyde pur ainsi que la surface de la couche épitaxiale constituant le fond des ouvertures pratiquées dans ladite couche d'oxyde sont remises à nu par attaque chimique ce qui a pour conséquence de multiplier le nombre des opérations et de dégrader la couche d'oxyde pur et les parois des ouvertures dont les dimensions peuvent alors être légèrement modifiées. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvé- nients et stappuie sur la réalisation de couches d'oxyde dopées d'impuretés déterminant un type de conduction donné et destinées à la diffusion d'velots localisés dans un matériau semiconducteur déjà pourvu lui-même d'un certain type de conduction. En effet, la présente invention concerne un procédé de réalisé sation d'un dispositif semiconducteur, notamment d'un transistor utilisable dans la ga-e des hyperfréquences, réalisé dans une région active d'un premier type de conduction située dans une plaquette semiconductrice et obtenu en creusant dans une première couche isolante recouvrant la région active du premier type de conduction, une première entre traversant transversalement ladite couche isolante, puis en déposant dans ladite première fe nêtre, une deuxième couche isolante dopée d'impuretés dudusecond type de conduction opposé au premier que l'on fait ensuite diffuser dans la région active de la plaquette pour former la base et en ouvrant ensuite simultanément dans ladite deuxième couche isolante au moins une deuxième et une troisième fenêtres destinées respectivement à la formation d'au moins un velot périphérique de base de même type de conduction que ladite base mais fortement dopé et d'au moins un velot d'émetteur fortement dopé et de type de conduction opposé, remarquable en ce que l'on dépose, sur la totalité de la surface de la plaquette y compris dans lesdites fenêtres, une troisième couche isolante fortement dopée dti-pure- tés du second type de conduction, en ce que l'on attaque chimi- queutent ladite troisième couche en regard de la troisième fenêtre, en ce que l'on dépose, sur la totalité de la surface de la pla quette, y compris dans ladite troisième fenêtre, une quatrième couche isolante fortement dopée d'impuretés du premier type de conduction et en ce que l'on fait diffuser simultanément sous le flux d'un gaz neutre, dans la région active de la plaquette, les impuretés contenues dans la troisième et la quatrième couches isolantes avant de réaliser les prises de contact d'une manière classique. L'avantage de ce procédé selon ltinvention réside en deux points principaux, d'une part l'obtention et la reproductibilité de dimensions précises en ce qui concerne les velots d'é-etteur, les velots périphériques de base et l'intervalle entre eux et, d'autre part, la réduction du nombre des opérations. En effet, le fait de diffuser simultanément des impuretés de types de conduction opposés mais de nature et de taux de concentration sensiblement comparables permet de réduire les temps de pénétrations transversale et latérale et, ainsi, d'obtenir des Plots dont la forme et les dimensions peuvent concorder avec celles prévues. Par ailleurs, le procédé selon l'invention diminue le nombre des attaques chimiques nécessaires à l'ouverture et surtout à la réouverture des fenêtres qui, de ce fait, seront moins dégradées. L'utilisation des masques est considérablement réduite puisque les fenêtres sont ouvertes uniquement au début et à la fin de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Par conséquent, on obtient un bon alignement des différents éléments du dispositif les uns par rapport aux autres. De préférence, le gaz utilisé lors de la diffusion simultanée des impuretés nécessaires à la formation des Velots pdriphériques de base et de ou des émetteurs est de l'azote. L'azote est choisi pour ses facilités d'utilisation sans préw cautions spéciales et pour son prix de revient relativement minime. Avantageusement, le dopage de type P+ est obtenu à l'aide d'impuretés de bore contenues dans un gaz porteur et intégrées dans un film d'oxyde formé à partir du germanium et de silicium pris isolément ou en combinaison et que l'on dépose à la surface de la plaquette et notamment dans les fenêtres ouvertes à cet effet. Le film d'oxyde dopé peut être formé facilement par exemple à partir d'une atmosphère constituée de Si H4, Ge H4, B2 H6 et 02 à une température de réaction inférieure à la température de dit- fusion. Ainsi peut-on obtenir, à partir de ce filA, des profondeurs de diffusion très limitées et très inférieures à celles obtenues Jusqu'd présent, de l'ordre de 0,3 à 0,7 par exemple dans une couche de silicium présentant une résistivté de 25 Q au lieu de 1 à 1,2 habituellement. En effet, des résultats expérimentaux ont permis de déterminer les courbes de la résistivité de surface en fonction de la quantité d'impuretés contenues dans le gaz porteur donc dans le film d'oxyde dopé ainsi formé. Ces courbes font apparaître un point optimal vers lequel il y a lieu de tendre pour obtenir les meilleures diffusions. Avantageusement également, le dopage de type N+ est obtenu à partir d'impuretés d'arsenic contenues dans un gaz porteur et intégrées dans un film d'oxyde formé à partir de germanium et de silicium pris isolément ou en combinaison sous une atmosphère contenant des impuretés de bore dans une quantité telle que la concentration en arsenic, donc le type de conduction N+, ne soit pas affectée. Ce film d'oxyde dopé qui doit être déposé dans les fenêtres appropriées formées à la surface de la plaquette peut Autre formé facilement à partir d'une atmosphère constituée de Si H4, Ge H4 > B2 H6, As H3 et #2 à une température de réaction inférieure à la température de diffusion. Pour augmenter la vitesse d'attaque chimique de ce film d'o- xyde dopé, il peut être préférable de diminuer au maximum, voire même de supprimer, la quantité de silicium devant être incluse dans la fabrication de oxyde. La présente invention concerraégalement les dispositifs semi-~ conducteurs obtenus par ce procédé. La description qui va suivre en regard des dessins annexés fera bien comprendre ciment l'invention peut être réalisée. Les figures 1 à 4 représentent diverses étapes de la rdalisa- tion d'un dispositif semiconducteur selon le procédé conforme à l'invention. Il est à noter que sur les dessins, les dimensions sont consi- dérablement exagérées et non proportionnées, ceci afin de rendre les figures plus claires. Comme illustré par lesdites figures, sur l'une des surfaces d'une plaquette 1 d'un matériau semiconducteur, silicium de type N+ par exemple, on dépose une couche épitaxique 2 de grande pureté et de type N. A la surface de cette couche 2 est formée une première couche isolante 3, d'oxyde pur, dans laquelle on ouvre une fenêtre 4 pour y déposer et diffuser des impuretés donnant le type P à un îlot 5 de grandes dimensions et destiné à former la base d'un transistor dont le collecteur sera constitué de la plaquette 1 et de la couche 2. Après diffusion classique des impuretés de type P, le plus souvent du bore, la surface externe dudit îlot 5 est recouverte d'une deuxième couche d'oxyde 6 due, soit à la nature de l'environnement, soit à une opération classique d'oxydation (fig. 1). Dans cette couche d'oxyde 6, on ouvre simultanérent, par photogravure et attaque chimique, des fenêtres 7 et 8, la fenêtre 7 suivant le contour de la périphérie de l'îlot 5 et la entre 8, destinée à permettre la ssormation de l'émetteur du transistor, étant située sensiblement dans la zone centrale dudit îlot 5, fig. 2). Sur le dessin, une seule fenêtre 8 d'émetteur est représentée mais il est évident que, les transistors utilisés en hyperfréquence étant à structure interdigitée, l'îlot d'émetteur et la fenêtre 8 sont représentés en plusieurs exemplaires. Les fenêtres 7 et 8 étant pratiquées dans la couche d'oxyde 6, on recouvre la totalité de la surface de la plaquette et notam- ment la surface de la couche 5 mise à nu dans les fenêtres 7 et 8 d'une troisième couche isolante 9 dopée d'impuretés de aêre type de conduction que l'îlot 5, donc de type P (fig. 2). Pour ce faire, on peut réaliser le dépôt à partir d'une atmos-~ phère composée de Si H4, de B2 H6 et de O, qui se dissocieront en Si 02, B2 03 et H20, ou bien encore à partir de Ge H4, de B2 H6, de 02 qui se dissocieront en Ge 02 > B2 03 et H2 03 ou même en com- posant le Si H4, le Ge H4 > le B2 H6 et 02. D'autres composés gazeux ou facilement vaporisables tels que Si C14 ou Ge Cl4, BB23 peuvent évidemment âtre utilisés également comme matériaux de départ. Par photogravure et attaque chimique, on ouvre de nouveau la renêtre 8 et on recouvre ensuite la totalité de la surface de la plaquette et notamment la surface de la couche 5 mise à nu dans la fenêtre 8 d'une quatrième couche isolante 10 dopée d'impuretés de même type de conduction que la couche 2, donc de type N (fig 3). Pour ce faire, on peut réaliser le dépôt à partir d'une atmos phère composée de Ge H4, B2 H6, As H3 et O2 qui se dissocieront pour former notamment du Ge O2, de l'As2 O3 et du B2 O3. Dans ce cas, il est essentiel de choisir la quantité de bore de manière telle qu'elle n'affecte pas substantiellement la concentration et donc le type de conduction de ladite couche 10. La température de dépôt des couches 9 et 10 est de l'ordre de 450e C, ctest-à-dire à une valeur inférieure à la température de diffusion. Les fenetres 7 et 8 étant respectivement remplies d'un oxyde dopé d'impuretés de type P et d'oxyde dopé dtimpuretds de type N (fig. 3), on fait diffuser simultanément lesdites impuretés à 1 000* C sous atmosphère neutre, azote par exemple. Après attaque chimique des couches d'oxyde de surface, on obtient la structure illustrée par la figure 4 dans laquelle l'î- lot de base 5 du transistor est entouré par un îlot périphérique ll de même type de conduction mais fortement dope, donc P+, et dans laquelle, également, on a créé un îlot 12 fortement dopé constituant l'émetteur du transistor, donc de type Grâce à ce procédé, il est possible d'obtenir un autoalignement des îlots 5, 11 et 12 les uns par rapport aux autres. Par ailleurs, il est possible de contrôler les pénétrations transversale et laté- rale des impuretés diffusées, donc les distances entre lesdits îlots, qui peuvent atteindre alors quelques dixièmes de U. Dans une variante de rise en oeuvre et pour éviter toute in terdirfusion parasite des impuretés de dopage, il peut être utile de déposer une touche d'oxyde pur sur la surface de la troisième couche isolante avant ddpôt de la quatrième. - REVENDICATIONS 1.- Procédé de réalisation d'un dispositif semiconducteur, notamment d'un transistor utilisable dans la gamme des hyperfré- quences, réalisé dans une région active d'un premier type de conduction située dans une plaquette semiconductrice et obtenu en creusant dans une première couche isolante recouvrant la région active du premier type de conduction, une première fenêtre traversant transversalement ladite couche isolante puis en déposant, dans ladite première fenêtre, une deuxième couche isolante dopée dtimpuretds du second type de conduction opposé au premier que l'on fait ensuite diffuser dans la région active de la plaquette pour former la base et en ouvrant ensuite simultanément dans ladite deuxième couche isolante au moins une deuxième et une troisième fenêtres destinées respectivement à la formation d'au moins un îlot périphérique de base de même type de conduction que ladite base mais fortement dopé et d'au moins un îlot d'émetteur fortement dopé et de type de conduction opposé, caractérisé en ce que l'on dépose, sur la totalité de la surface de la plaquette y compris dans lesdites fenêtres, une troisième couche isolante fortement dopée dtiupuretés du second type de conduction, en ce que l'on attaque chimiquement ladite troisième couche en regard de la troisième fenêtre, en ce que l'on dépose sur la totalité de la surface de la plaquette, y compris dans ladite troisième fenêtre, une quatrième couche isolante fortement dopée dtimpure- tés du premier type de conduction et en ce que l'on fait diffuser simultanément sous le flux d'un gaz-neutre, dans la région active de la plaquette, les impuretés contenues dans les troisième et quatrième couches isolantes avant de réaliser les prises de contact d'une manière classique. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz neutre utilisé lors de la diffusion simultanée des impuretés nécessaires à la formation des îlots périphériques de base et d'émetteur est de l'azote. 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dopage de type P+ est obtenu à l'aide d'impuretés de bore contenues dans un gaz porteur et intégrées dans un film d'oxyde comportant des atomes d'au moins un corps semiconducteur et déposé à la surface de la plaquette, notamment dans les fenêtres ouvertes à cet effet. 4.- Procédé selon la revendication ), caractérisé en ce que l'oxyde contient du germanium. 5.- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'oxyde contient du silicium. 6.- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'oxyde contient à la fois du germanium et du silicium. 7.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dopage de type N+ est obtenu à partir d'impuretés d'arsenic contenues dans un gaz porteur et intégrées dans un film d'oxyde comportant des atomes d'au moins un corps semiconducteur et déposé à la surface de la plaquette, notamment dans les fenêtres ouvertes à cet effet, sous une atmosphère contenant des impuretés de bore en quantité telle que la concentration en arsenic et le type de conduction N ne soient pas affectés. 8.- Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'oxyde contint du germanium. 9.- Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'oxyde contient du silicium. 10.- Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'oxyde contient à la fois du germanium et du silicium. 11. Dispositif semiconducteur utilisable dans la game des hyperfréquences et conforme au procédé selon l'une des revendu cations 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux îlots de types de conduction opposés et sensiblement concentriques diffusés simultanément.