Brevet FR2203170A1 — publié le 19740510

Lors de la fabrication d'un dispositif semi-conducteur tel qu'un transistor bipolaire, ayant un certain nombre de régions en un matériau semi-conducteur à monocristal, de types différents de conductivité, avec des jonctions P-N entre-eux, il a été de pratique courante de former les régions par des diffusions successives d'Impuret#déterminant le type de conductivité, dans un corps semi-conducteur. La source de chaque impureté était habituellement soit une vapeur traversant un substrat enduit d'un oxyde non dopé, et ayant des ouvertures dans l'oxyde où le dopant devait être déposé, ou une couche d'Un ~ide contenant le dopant, dépose dans ltouverture de l'oxyde. Cela était satisfaisant pour la fabrication de divers types de transistors et d'autres dispositifs. Cependant, en faisant des transistors à haute fréquence , il est souhaitable que la diffusion de l'émetteur soit trés étroite, de l'ordo o o de 1500 , et de largeur émetteur-base d'environ 1000 A. Ces dimensions sont difficiles à atteindre en utilisant des procédés classiques de diffusion, étant donné que, une fois que la jonction base-collecteur a été placée en diffusant une impureté pour former la région de base, la diffusion, dans la région d'émetteur d'une impureté pour former la jonction émetteur-base force la jonction base-collecteur à avancer dans la réginn de collecteur.De même, les concentrations en impuretdsdes dépôts normalement utilisés, sont telles que la jonction émetteur-base se déplace plus vite que la jonction base-collecteur, diminuant ainsi avec le temps la largeur de IL base. Si 11 étape de diffusion de l'émetteur n'est pas terminée au moment approprié, la jonction émetteur-base peut devancer la jonction base-collecteur, provoquant un court-circuit émetteurcollecteur. Chaque étape de diffusion ajoute également au coût du dispositif et, de ce point de vue, il est souhaitable d'éliminer autant d'étapes que possible. Un certain nombre de procédés différents ont été antérieurement suggérés, pour accomplir un certain nombre de diffusionEen une seule étape. L'un de ces procédés met en cause le dép8t d'une couche consistant en impuretés à la fois du type N et du type P, sous forme métallique, sur une surface de la plaquette du semi-conducteur d'un type de conductibilité, et il consiste à chauffer, pour diffuser simultanément les impuretés dans la plaquette. les impuretés sont choisies pour avoir des coefficients de diffusion différends de sorte que l'une se diffusera plus loin que l'autre, dans un temps donné.Un inconvénient de ce procédé est qu'un transistor bipolaire fait par cette méthode, aura des régions émetteur et base de la même section transversale, ce qui n'est pas une configuration souhaitable. Un second inconvénient est qu'il est pratiquement impossible d'obtenir des variations de concentration d'impuretés dans la source. Un autre procédé antérieur consiste à diffuser simultanément du phosphore et de l'aluminium dans une plaquette au silicium. le phosphore est contenu dans une couche de bioxyde de silicium sur la plaquette. L'aluminium est amené sous forme de vapeur, et il se diffuse à travers la couche d'oxyde dans la plaquette, tandis que le phosphore se diffuse à partir de la couche d'oxyde dans la plaquette. Dans ce procédé, il est difficile de contrôler la concentration de l'aluminium et la profondeur de pénétration de l'aluminium dans la plaquette de semi-conducteur. Un troisième procédé selon l'art antérieur de diffusion simultanée emploie une source composée d'impuretés, sous forme d'une poche en feuille d'aluminium (comme une impureté), contenant la seconde impureté sous forme de poudre. Un inconvénient de ce procédé est qu'il se trouve dans un système fermé, ce qui n'est pas souhaitable pour une fabrication à grande échelle. De mêle, ce procédé n'amène pas une commande précise des froS de diffusion. Dans un quatrième procédé révélé antérieurement, une couche d'un matériau semi-conducteur pas à monocristal, dopé avec à la fois des impuretés du type N etdi Payant des coefficients différents de diffusion, sert de source d'impuretés de dopage. Un inconvénient de ce procédé réside dans la difficulté de doper ce type de substance, à des niveaux élevés, à moins d'utiliser des températures de diffusion élevées. Dans la présente invention, on obtient un contrôle plus précis de l'emplacement d'un certain nombre de jonctions P-N, ou de régions ayant différent degrés de conductibilité (ou, plus généralement, des régions ayant différentes caractéristiques de conductibilité), en prévoyant une source de diffusion comprenant une cache d'un matériau de support isolant, tel que du bioxyde de silicium, comportant des concentrations contrôlées avec soin d'un certain nombre d'impuretés déterminant le type de conductibilité, avec des coefficients de diffusion très différents dans un semi-conducteur particulier.Une couche de cet oxyde dopé est placée sur la plaquette de semiconducteur, en contact avec une zone dans laquelle des régions diffusées doivet être formées, et la plaquette et la couche d'oxyde sont chauffées durant un temps, et à une température calculée pour diffuser les diverses impuretés dans la plaquette sur des distances souhaitées, de sorte qu'il en résulte une distance prédéterminée séparant les jonctions qui sont formées. Si un transistor bipolaire est fait, par éxemple, avec une région de base entourant une région d'émetteur plus petite, on prévoit également une diffusion supplémentaire simultanée de l'impureté de la région de base dans la zone entourant immédiatement la région d'émetteur. Bien que le procédé soit avantageusement appliqué pour la formation de jonctionsP-N, on peut également l'utiliser pour faire des jonctions P P et N+N. Dans ces deux derniers cas, des impuretés différentes sont à la fois du type P ou du type N. L'invention sera mieux comprise et d'autres huts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux au cours de la description explicative qui va suivre en se reportant aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels - las figures l à 7 sont des vues en section transversale illustrant des étapes successives de la fabrication d'un transistor bipolaire selon le présente procédé; ç la figure 8 est une vue en section transversale d'un transistor complet fait selon le présent procédé. EXEMPLE Lors de la fabrication d'un transistor bipolaire du type NPN, selon le présent procédé, une plaquette 2 de semiconducteur à monocristal du type N, dopée avec t phosphore, de l'arsenic ou delhntinoine, par exemple(figure l), est munie d'une première couche 4 de Si0 non dopé, d'une o2 épaisseur d'au moins environ 1000 A. La couche peut être accrue thermiquement dans une atmosphère de vapeur et d'acide chlotydrique, à 12000C, ou déposée par d'autres procédés. Pour délimiter la zone dans laquelle la région de base doit être formée, une première ouverture 6 de région de base (figure 2) est effectuée dans la couche 4SiO2 par un procédé classique au photomasque et de gravure. Ensuite (figure 3), une couche 8 de bioxyde de silicium o dopé au bore d'environ 3000 A d'épaisseur est déposée sur toute la surface supérieure de la plaquette comportant la partie se trouvant à l'intérieure de l'ouverture 6. Cela peut être effectué en passant un mélange de silane (SiH4), diborane (B2H6), azote et oxygène sur la plaquette qui est chauffée à 35000. le bore est présent sous forme de B203 dans la couche 8 déposée. Une ouverture s d'émetteur (figure 4) est alors ouverte dans la partie de la couche 8 dopée au bore qui se trouve à l'intérieure de l'ouverture 6 de la région de base. Cela est effectué par des techniques classiques au photomasque et de gravure. La couche 8 dopée au bore est ensuite densifiée en la chauffant à 120000 dans de l'azote, durant dix minutes, de sorte qu'elle résiste mieux à la diffusion de l'impureté du type N dans la couche qui sera déposée ensuite. Après atte étape, la plaquette est ensuite plongée dans une solution fluorhydrique tampon, pour enlever tot oxyde formé sur la surface de la plaquette, dans l'ouverture 10 de l'émetteur. Comme illustré sur la figure 5, une couche 12 de bioxyde de silicium dopé à la fois avec de l'arsenic et du bore, est déposée sur toute la surface supérieure de la plaquette, comportant la partie se trouvant à l'intérieur de l'ouverture 10 pour l'émetteur. Cela est effectué en passant un courant compos de 645 parties de SiH4, une partie de B2H6, 45 parties de AsH3 et de l'oxygène,dilué avec de l'azote, sur la plaquette de semi-conducteur chauffée à 45000. L'arsenic et le bore sont tous deux présents sous forme d'oxydes dans la couche déposée.Cette couche sert de source de dopants de diffusion, poupes impuretés du type N et du type P. les impuretés sont choisies de façon que le coefficient de diffusion de celle qui doit être diffusée sur la plus grande distance soit presque 10(ou plus)fois aussi grand çe celui de celle qui doit etre diffusée sur la plus petite distance. Donc, si un dispositif NPN doit être fait, l'impureté du type P doit avoir le plus grand coefficient de diffusion.Dans le présent exemple, le bore, l'impureté du type P, a un coefficient de diffusion dans le silicium de 10-12cm/sec. à 1200 C, tandis que l'arsenic l'impureté du type N, a un coefficient de diffusion dans le silicium de 2 x i0#13cm2/sec. à la même température. L'étape suivante (figure 6) consiste à diffuser les impuretés à partir des couches d'oxyde 8 et t2, dans la plaquette 2, pour former les régions d'émetteur et de base. Cela est accompli en chauffant la plaquette de semi-conducteur à 11000C durant 30 minutes, dans une ambiake d'azote et d'oxygène. le bore provenant de la partie de la couche 8 dopée au bore restant, qui recouvre l'ouverture 6 de la région de base, combiné avec le bore provenant de la partie de la couche 12 doub#ement dopée recouvrant l'ouverture 10 de l'émetteur, se diffuse dans la plaquette 2, pour former une région de base 14. L'arsenic provenant de la couche 12 doublement dopée se diffuse dans la aqlette 2 pour former une région d'émetteur 16. Une jonction émetteur-base 20 est formée entre la région d'émetteur 16 et la région de base 14. Une jonction base-collecteur 22 est formée entre la région de base 14 et le restant de la plaquette 2, qui fonctionne comme la région de collecteur du dispositif. Etant donné que l'impureté du type P se diffuse plus vite que l'impureté du type N, plus la distance entre les jonctions PN 20 et 22, augmente plus long est le temps de diffusion. Etant donné que les concentrations d'impuretés dans la source de diffusion, le temps de diffusion et la température peuvent tous être contrôlés avec précision, un contrôle précis de la distance entre les jonctions, et de la profondeur de la diffusion de l'émetteur est possible. Dans cet-exemple, la profondeur de la jonction base-collecteur était d'environ 2,3 microns, et celle de la jonction émetteurbase était d'environ 0,53 micron De façon à améliorer les caractéristiques électriques du dispositif terminé, il est préférable d'enlever les couches d'oxyde 4,8 et 12, et de déposer une couche d'oxyde frais 18 (figure 7). On pratique alors les ouvertures de l'émetteur et de l'électrode de base dans la couche 18, et un contacts émetteur 24 et un contact base 26 (figure 8) sont déposés sur la surface de la plaquette 2. Ces contacts peuvent être effectués en évaporant de l'aluminium, ai en déposant du tungstène , par réductinn de lWsmafluorure deiungstène. Ce dernier métal est d'un intérêt particulier, parce qu\' on peut faire en sorte qu'il ne se dépose que sur la surface de semi-conducteur exposée, et pas sur l'oxyde adjacent . Une couche de métal 28 peut également être déposée sur la surface inférieure de la plaquette 2, pour former un contact collecteur. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de dispositifs semi-conducteurs du type ayant au moins trois zones adjacentes (2, 14, 16) de types différents de conductibilité, ou différents degrés de conductibilité, caractérisé en ce que l'on forme, sur une surfaced'une plaquette de semi-conducteur (2), une seule pellicule (12) d'un matériau de support isolant contenant un certain nombre d'impurétéedifférentes, en concentration contrôlée, lesdites impuretés ayant des coefficients de diffusion dans ladite plaquette très différent9, on chauffe ladite plaquette (2) et ladite pellicule (12) à une température telle que toutes lesdites impuretés se diffusent simultanément, mais à différentes vitesses dans ladite plaquette, et on continue à chauffer jusqu'à ce que différentes zonerai4, 16) de largeur souhaitée soSntformées par la diffusion desdites impuretés dans ladite plaquette (2). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support précité est du bioxyde de silicium déposé à partir d'un mélange de réactants gazeux. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le mélange précité de réactants gazeux comporte des composés des impuretés précitées. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le mélange précité de réactants gazeux comporte les composés d'impuretés AsH et B2H6. 3 5. Procédé de fabrication d'un transistor bipolaire du type ayant une régit de base d'une aireplus grande que la région émetteur, caractérisé en ce que l'on forme une première couche (4) de bioxyde de silicium non dopé sur une plaquette (2) de semi-conducteur au silicium, d'un premier type de conductibilité, on prévoit une première ouverture (6) dans ladite couche (4), sur une région de ladite plaquette (2) où une région de base (14) doit être placée, on dépose une seconde couche (8) de bioxyde de silicium, dopé d'une impureté déterminant le type de conductibilité, d'un second type de conductibilité, à la fois sur ladite première couche (4) de bioxyde de silicium et sur la surface de ladite plaquette (2) dans ladite première ouverture (6), on crée une seconde ouverture (10) dans ladite seconde couche d'oxyde (8) dans la zone de ladite première ouverture (6) où une gion d'émetteur (16) doit etre placée on dépose une troisième couche (12) de bioxyde de silicium, dopé avec des impuretés du type déterminant la conductibilité, à la fois des premier et second types de conductibilité, sur ladite seconde couche d'oxyde (8) et sur la surface de laditeplaquette (2) dans ladite seconde ouverture (10), ladite impureté d'un second type de conduc#ibilit#ayant un coefficient de diffusion dans ladite plaquette (2) plus grand que ladite impureté du premier type de conductibilité, on chauffe ladite plaquette enduite (2) à une température assez élevée pour diffuser lesdites deux impuretés desdites couches d'oxyde (8 et 12) dans ladite plaquette (2), et durant un temps assez long pour que ladite seconde impureté se diffuse sur une distance désirée plus grande que ladite première impureté. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les impuretés précitées sont de l'arsenic et du bore. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la plaquette précitée est initialement dopée avec du phosphore. 8. Dispositifs semi-conducteurs caractérisés en ce qu'ils sont fabriqués par le procédé selon l'une des revendications 1 à 4. 9. Transistor bipolaire caractérisé en ce qu'il est fabriqué selon l'une quelconque des revendications 5 à 7.