Brevet FR2145352A1 — publié le 19730223

La présente invention concerne un procédé pour la fabrication d'un semi-conducteur , et plus particulièrement un procédé comportant l'utilisation d'Vne réserve en plusieurs couches. L'utilisation d'un revêtement en diélectrique, tel que du bioxyde de silicium, du nitrure de silicium ou de l'oxyde d'aluminium pour former un cache ou une réserve pour la diffusion et pour assurer une protection pendant et après la fabrication d'un dispositif semi-conducteur est bien connue. Par exemple, dans la fabrication des transistors, des réserves différentes sont nécessaires nour la diffusion de la base, d'une région de renforcement de la base, d'une région de diffusion de l'émetteur, ainsi que comme réserve pour la gravure sélective du métal pour la zone de contact. Typiquement, il est nécessaire drutiliser quatre réserves différentes en bioxyde de silicium pour former une base, une région de renforcement de la base, un émetteur et un contact métallique. De façon similaire, un certain nombre de réserves différentes sont utilisées aussi pour la fabrication des circuits intégrés, par exemple des structures du type logique à émetteurs couplés. Les fenêtres de ces réserves en bioxyde de silicium doivent Qtre positionnées avec une précision extrême. C'est particulièrement le cas pour les réserves utilisées pour former les contacts métalliques parce que les emplacements des fenêtres doivent être positionnés dans les positions des fenê- tres précédemment utilisées pour former l'émetteur et le renforcement de la base. L'alignement des réserves et des contacts métalliques est une condition particulièrement critique parce qu'un mauvais alignement de cette réserve réduit substantiellement le rendement du traitement, Pour des résultats satisfai sants, les quatre réserves doivent être alignées de façon critique et un défaut d'alignement peut avoir lieu quand l'une quelconque des quatre réserves n'est pas alignée correctement. La présente invention a pour objet un procédé perfectionné pour aligner les réserves dans le production des semi-conducteurs L'invention a aussi pour objet de réduire la condition critique d'alignement des réserves dans la fabrication des semi-conducteurs. L'invention a aussi pour objet de réduire le nombre de réserves devant être alignées de façon critique dans la fabrication des semi-conducteurs. Les buts de l'invention sont atteints par un procédé comportant l'utilisation d'une réserve en deux couches dans laquelle la couche supérieure est en nitrure de silicium. La réserve comporte une couche inférieure en bioxyde de silicium et une couche supérieure en nitrure de silicium, la couche inférieure en bioxyde de silicium étant positionnée sur la surface supérieure de la pastille ou support en silicium. Toutes les ouvertures nécessaires pour former la structure du semiconducteur sont gravées en même temps dans la couche de nitrure de silicium de la réserve, en une étape unique d'alignement critique. Quand les ouvertures nécessaires ont été formées dans la couche de nitrure de silicium, des ouvertures sont formées suivant les besoins dans la couche de bioxyde de silicium se trouvant sous une ouverture particulière de la couche de nitrure de silicium.Par exemple, quand une diffusion est nécessaire pour l'émetteur, la partie de la couche de bioxyde de silicium se trouvant en dessous de l'ouverture de la couche en nitrure de silicium au-dessus de la région émetteur du support en silicium est gravée, tandis que les parties de la couche de bioxyde de silicium se trouvant au-dessus des autres ouvertures sont protégées pendant cette opération de gravure. Après la diffusion d travers cette première ouverture ou ouverture pour l'émetteur, cette ouverture est métallisée ou bien protégée pour dtre métallisée ultérieurement. Quand la première ouverture a été protégée, des diffusions et des métallisations sont effectuées à travers les autres ouvertures.Cette technique de formation de la réserve évite l'alignement critique nécessaire jusqu'ici pour les contacts ohmiques en métal. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels les figures 1 å 6 illustrent les étapes successives de la formation d'une réserve selon un mode de mise en oeuvre de l'invention Le procédé de formation d'une réserve selon l'invention comporte l'utilisation d'une réserve en plusieurs couches dans laquelle la couche supérieure en nitrure de sili cium comporte des ouvertures alignées de façon critique avec les régions appropriées du support ou substrat en silicium. Une ouverture de la couche en nitrure de silicium de la réserve est utilisée en combinaison avec l'ouverture de la couche en bioxyde de silicium se trouvant immédiatement en dessous pour une diffusion et/ou pour une opération de métallisation consé cutive. D'autres ouvertures de la couche en nitrure de sili cium sont utilisées ultérieurement en combinaison avec des ouvertures de la couche en bioxyde de silicium se trouvant en dessous pour des diffusions et d'autres métallisations. Ce procédé de formation de la réserve demande un seul alignement critique, ctest-à-dire l'opération de gravure du nitrure de silicium déterminant les emplacements corrects de toutes les ouvertures permettant d'atteindre le support en silicium situé en dessous. Tous les alignements sont établis pendant cette première gravure de la couche de nitrure de silicium.Comme toutes les ouvertures vers le support sont déterminées par les ouvertures de 12 couche de nitrure de silicium, il n'y a oratiquement aucune condition critique pour aucune étape con sécutive de formation de la réserve. Comme le montre la figure 1, la pastille de silicium 10 comporte une région de base diffusée 12 qui est formée d'une façon classique. Une couche 14 de bioxyde de silicium est formée par croissance thermique ou par une tech nique de dépôt pyrolytique.L'épaisseur de cette couche de o bioxyde de silicium est comprise entre 500 et 10.000 A, o l'épaisseur préférée étant d'environ 3.000A. Une couche 16 de nitrure de silicium est ensuite déposée sur la couche de bioxyde de silicium.La couche de nitrure de silicium est formée en faisant passer un mélange de silane, d'ammoniac et d'hydrogène à une température élevée d'environ 11000C autour de la pastille 10. Lô couche de nitrure de silicium 16 est ensuite couverte d'une couche de bioxyde de silicium (non re présentée) ayant une configuration permettant de tremper le dispositif dans l'acide phosphorique pour former par gravure les ouvertures 18, 20, 22, 24 et 26 dans la couche de nitrure de silicium 16.La formation des ouvertures 18 à 26 est une opération critique demandant un alignement critique, ces ouvertures devant être alignées avec les régions appropriées du support 10. C'est le seul alignement critique par le procédé selon l'invention.Après la formation des ouvertures 18 à 26, la couche de réserve en bioxyde de silicium (non représentée) est supprimée avec de l'acide fluorhydrique . Les ouvertures 18 à 26 assurent l'alignement et/ou constituent des ouvertures à travers lesquelles doivent être faites toutes les diffusions et toutes les métallisations sur le support en silicium 10. Par exemple, des diffusions peuvent être faites à travers n importe lesquelles des ouvertures ou à travers toutes ces ouvertures. Les figures 2 à 6 illustrent les étapes au cours desquelles les diffusions sont effectuées 9 travers les ouvertures 18, 22 et 26 et des métallisations sont faites à travers les ouvertures 18, 20,-22, 24 et 26. Bien que ces figures ne montrent pas de diffusions faites à travers les ouvertures 20 et 24, il est possible , conformément à l'invention, d'effectuer des diffusions à travers ces ouvertures. Comme le montre la figure 2, une couche de réserve photographique 28, par exemple de réserve KMER, est déposée sur la couche de nitrure de silicium 16 et elle est ensuite exposée pour obtenir la configuration représentée. La couche de réserve photographique ainsi obtenue couvre et remplit les ouvertures 20 et 24. La couche de réserve photographique 28 comporte des ouvertures au-dessus et autour des ouvertures 18, 22 et 26 de la couche de nitrure de silicium 16 pour permettre de former des ouvertures 30, 32 et 34 dans la réserve en deux couches de nitrure de silicium et de bioxyde de silicium. Le positionnement des ouvertures de la couche de réserve photographique n'est pas une condition critique du moment qu'elle expose les ouvertures 18, 22 et 26 de la couche en nitrure de silicium. De l'acide fluorhydrique est utilisé pour graver la couche de bioxyde de silicium 14 en dessous des ouvertures 18, 22 et 26 pour former respectivement les ouver tures 30, 32 et 34. Comme il apparat sur les figures 2 et 3, la couche de réserve photographique 28 est ensuite supprimée et la diffusion d'un émetteur est faite à travers l'ouverture 34 pour former la région émetteur 33. Des diffusions sont effectuées en mdme temps à travers les ouvertures 30 et 32 pour former des régions de renforcement 35 et 37 respectivement dans le collecteur. La couche de bioxyde de silicium 14 se trouvant en dessous des ouvertures 24 et 20 protège la région base 12 contre ces diffusions. Après les diffusions à travers les ouvertures 30, 32 et 34, une gravure est faite à nouveau dans ces ouver tures avec de l'acide chlorhydrique pour enlever l'oxyde pouvant subsister dans ces ouvertures du fait de l'opération de diffusion. Du métal est ensuite déposé sur la couche de nitrure de silicium de façon qu'elle remplisse les ouvertures 30, 32 et 34. Le métal est ensuite gravé d'une façon normale pour former les contacts métalliques 36 et 38 du collecteur et les contacts métalliques 40 de l'émetteur de la façon représentée sur la figure 3. De l'acide fluorhydrique est ensuite placé dans les ouvertures 20 et 24 pour supprimer par gravure les parties correspondantes de 1? couche de bioxyde de silicium 14 pour former les ouvertures 42 et 44 de la réserve en deux couches de nitrure de silicium et de bioxyde de silicium, de la façon représentée sur la figure 3. La pastille de silicium 10 est trempée dans de l'acide fluorhydrique pour cette opéra tion de gravure. Le reste de la pastille n'est pas affecté par cette opération de gravure. A ce moment, des diffusions peuvent être faites dans la région base 12 à travers ces ouvertures 42 et 44, si cela est désiré.Si des diffusions ne sont pas faites à travers ]es ouvertures 42 et 44, une couche de verre 46 est déposée sur toute la surface de la couche de nitrure de sili cium 16, des contacts métalliques 36, 38 et 40 et des ouvertu res 42 et 44, de la façon représentée sur la figure 4. Une couche de réserve photographique 48 est ensuite appliquée sur la couche de verre 46. La réserve photo graphique est ensuite exposée pour obtenir la configuration pour la gravure de la couche de verre 46 pour la formation de nouvelles ouvertures 50 et 52 traversant les couches 46 et 48 ainsi que les couches 16 et 14 de la façon représentée sur la figure 5. Le positionnement des ouvertures de la couche de réserve photographique 48 ntewt pas une condition critique du moment que ces ouvertures exposent les owertu- res 20 et 24 (voir figure 1) de la couche de nitrure de silicium . Les ouvertures 50 et 52 traversent la couche de verre 46 ainsi que les ouvertures 42 et 44 de la couche de nitrure de silicium 16 et de la couche de bioxyde de silicium 14. L'alignement des ouvertures 50 et 52 n'est pas une condition critique parce qu'il suffit que ces ouvertures exposent les ouvertures 42 et 44. La pastille est ensuite nettoyée et la couche de réserve photographique 48 est supprimée. Une seconde couche de métal 54 est déposée, puis elle est gravée pour obtenir la configuration représentée sur la figure 6. La couche 54 est en contact avec la région base 12. Le procédé selon l'invention comportant l'utilisation d'une réserve en deux couches de nitrure de silicium et d'oxyde de silicium permet différentes diffusions et la formation de contacts métalliques, avec seulement une étape demandant un alignement critique, c'est-à-dire la gravure des ouvertures dans la partie en nitrure de silicium de la réserve à deux couches. Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre. R E V E N D I C A T I O N S Procédé pour la production d'un semi-conduc teur permettant de réduire les conditions critiques pour l'ali gnement des réserves, caractérisé par la formation d'une cou che de bioxyde de silicium sur une des surfaces d'une pièce en silicium, la formation d'une couche de nitrure de silicium sur la couche de bioxyde de silicium, la formation par gravure de plusieurs ouvertures dans la couche de nitrure de silicium, dont une première ouverture et une seconde ouverture, la gra vure de la couche de bioxyde de silicium en dessous de lapremière zuverlredelacouchedenitr=ede silicium, l'application d'une ma tière sur la surface de la pièce en silicium à travers la pre mière ouverture, la gravure de la couche de bioxyde de silicium en dessous de la seconde ouverture de la couche de nitrure de silicium et l'application d'une matière sur la surface de la pièce en silicium à travers cette seconde ouverture. 2. Procédé selon la revendication 1, caracté risé par la diffusion d'un dopant à travers la première ou verture. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le dépôt d'un métal à travers la première ou verture. 4. Procédé selon l'une quelconque des reven dications 1 à 3, caractérisé par la diffusion d'un dopant à travers la seconde ouverture. 5. Procédé selon l'une quelconque des reven dications 1 à 4, caractérisé par le dépit d'un métal à travers la seconde ouverture. 6. Procédé pour la production d'un semi-conduc teur permettant de réduire les conditions critiques pour l'ali gnement des réserves , caractérisé par la formation d'une cou che de bioxyde de silicium sur l'une des surfaces d'une pièce en silicium, la formation d'une couche de nitrure de silicium sur cette couche de bioxyde de silicium, la gravure de plusieurs ouvertures dans cette couche de nitrure de silicium, dont une première ouverture et une seconde ouverture, le dép8t d'une couche de réserve photographique sur la couche de nitrure de silicium, la suppression de la matière de la réserve photographique au-dessus de la première ouverture, la gravure de la couche de bioxyde de silicium en dessous de la première ouver ture, la suppression de la couche de réserve photographique de la surface de la pièce en silicium, la gravure de la couche de bioxyde de silicium en dessous de la seconde ouverture de la couche de nitrure de silicium et l'application d'une matière sur la surface de la pièce en silicium à travers la seconde ouverture. 7. Procédé pour la production d'un semi-conduc teur permettant de réduire les conditions critiques pour l'alignement des réserves , caractérisé par la formation d'une cou che de bioxyde de silicium sur l'une des surfaces d'une pièce en silicium, la formation d'une couche de nitrure de silicium sur cette couche de bioxyde de silicium, la gravure de plusieurs ouvertures dans la couche de nitrure de silicium, dont une première ouverture et une seconde ouverture, la gravure de la couche de bioxyde de silicium en dessous de la première ouver ture de la couche de nitrure de silicium, la suppression de la couche de réserve photographique, la diffusion d'un dopant dans la pièce en silicium à travers la première ouverture, le dépôt d'un métal sur la couche de nitrure de silicium et dans la première ouverture, la gravure de la couche de métal pour former un contact en métal dans la première ouverture sur la pièce en silicium, la gravure de la couche de bioxyde de silicium en dessous de la seconde ouverture de la couche de nitrure de si licium, le dép8t d'une couche de verre sur la couche de nitrure de silicium et sur le contact métallique , le dép8t d'une réserve photographique sur la couche de bioxyde de silicium, la suppression de la réserve photographique de la seconde ouverture, la gravure de la couche de silicium en dessous de la seconde ouverture et le dép8t d'un métal sur la pièce en sili cium dans la seconde ouverture.