Brevet FR2301093A1 — publié le 19760910

La présente invention concerne une méthode de diffusion de régions isolantes et, plus particulièrement, une méthode de dopage à l'aluminium des régions servant d isolement entre des éléments semi-conducteurs. On exécute une diffusion d'isolement pour une certaine quantité d'éléments semi-conducteurs fabriqués dans un substrat de type 2 revetu d'une couche épitaxiale de type n. Ces diffusions d'isolement sont de longue durée et à forte concentration de surface ; elles sont faites au bore, affectent fortement les couches d'oxyde et peuvent occasionner des courants inverses amplifiés et des instabilités, lorsque les temps de diffusion sont accrus. Dans le cas de thyristors planaires par exemple, ayant des épaisseurs de couche épitaxiale n de 50 pm ou plus, on perd de 30 à 50 pour cent de l'épaisseur de la couche épitaxiale au cours de la diffusion, par pénétration dans le substrat. Ces deux inconvénients peuvent etre évités par l'emploi de l'aluminium comme matériau dopant, car le coefficient de diffusion de l'aluminium est beaucoup plus important que celui du bore, ce qui permet une réduction des temps de diffusion. D'autre part, puisque l'aluminium s'oxyde très facilement, toutes les méthodes jusqu'à présent connues de diffusion d'aluminium sur des éléments planaires s'effectuent dans une atmosphère réductrice d'hydrogène, ou dans le vide. Il en résulte de nouveaux inconvénients, car il est bien connu que la manipulation de l'hydrogène pose des problèmes, spécialement dans le cas de températures élevées, et il n'est pas plus facile de produire un vide satisfaisant ne contenant pas de traces d'air. Les difficultés rencontrées lors de la diffusion d'aluminium dans les semi-conducteurs sont décrites par la demande de brevet allemand 2 131 144. Dans cette demande de brevet, le problème est résolu par le fait que, tout d'abord, on forme une couche d'oxyde d'aluminium sur un semi-conducteur et qu'ensuite on chauffe la couche d'oxyde d'aluminium à une température d'environ 9000C dans une atmosphère contenant de l'hydrogène, donc dans une atmosphère réductrice, ce qui diffuse l'aluminium provenant de l'oxyde d'aluminium à l'intérieur de l'élément semi-conducteur. Les efforts faits pour essayer d'éviter l'oxydation du matériau de dopage lorsqu'on traite des éléments semi-conducteurs à l'aluminium sont également connus par la demande de brevet allemand 1 271 238 décrivant un procédé pour le dopage à l'aluminium des éléments semi-conducteurs, spécialement du silicium, et dans lequel on utilise comme électrolyte un composé chimique d'aluminium exempt d'oxygène. L'invention se propose de réaliser une méthode de diffusion d'isolement évitant les inconvénients inhérents à la méthode de diffusion d'isolement au bore et à la méthode de diffusion d'isolement à l'aluminiur; jusqu'ici classique. Par la méthode conforme à l'invention, on a démontré que la diffusion de l'aluminium, contrairement à l'opinion exprimée par les demandes de brevets mentionnées, peut être exécutée dans l'atmosphère gazeuse protectrice habituelle, de façon à pallier les inconvénients décrits ci-de#sus. Outre le fait qu'elle utilise une atmosphère de gaz protecteur composée d'~n gaz neutre ou d'un gaz oxydant, la méthode conforme à l'invention offre d'autres avantages. Ainsi, la diffusion de l'isolement et la diffusion de la base des transistors npn de thyristors planaires ou de circuits intégrés monolithiques bipolaires peuvent être effectuées simultanément. La durée de la diffusion de l'aluminium peut être réduite d'un quart de la durée nécessaire au bore, et il est également possible de réduire l'épaisseur de la couche épitaxiale. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures 1 à 7 qui représentent les différentes étapes d'un processus de fabrication d'un dispositif semi-conducteur selon la méthode de l'invention. Sur le substrat semi-conducteur 1 en silicium de conductivité g on forme une couche épitaxiale 2 en silicium n d'une épaisseur d'environ 50 pm (figure 1). Par oxydation, on dépose, sur la couche épitaxiale, une couche de bioxyde de silicium (SiO2) (figure 2). Cette déposition est réalisée dans une atmosphère oxydante, à une température de 1100 à 12000C, jusqu a ce que l'épaisseur de la couche soit comprise entre 0,6 et 1 pm. On réalise ensuite un procédé photolithographique par lequel on ouvre les fenêtres d'isolement et de base 4, 5 et 6 dans la couche de bioxyde de silicium 3 (figure 3), au moyen d'une solution d'attaque consistant en acide fluorhydrique.On applique ensuite du bore à une température d'environ 960 par ces fenêtres (figure 4). On forme ensuite la couche d'aluminium. On réalise à cet effet un dépôt sous vide poussé, de préférence par faisceau d'électrons, pour exclure les impuretés qui pourraient être causées par le filament chauffant. L'épaisseur de la couche d'aluminium 7 est inférieure à 3 pm, de préférence de 0,3 um (figure 5). Par un second procédé photolithographique, l'aluminium est élimine par attaque, sauf dans la zone des fenêtres d'isolement, le masque photolithographique ayant une configuration telle que, dans la zone des fenêtres d'isolement 4 et 6, il ne couvrira pas ces dernières jusqu'au bord correspondant de la couche protectrice 3 en bioxyde de silicium (SiO2). Ainsi, apreC l'attaque et l'élimination du masque, l'aluminium restant ne sera pas en contact avec les couches voisines en bioxyde de silicium. En dernier lieu, on réalise la diffusion simultanée des zones d'isolement et de base, à des températures variant entre 1180 et 1230 C. L'atmosphère gazeuse protectrice consiste d'abord en azote, puis est convertie en oxygène au cours du processus de diffusion ; ainsi, à la fin, on a également forme simultanément une couche protectrice terminale 11 contenant du bioxyde de silicium (figure 7). Il est bien évident que la description qui précède n'a été donnée qutà titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Méthode de diffusion planaire d'une couche d'isolement dopée à l'aluminium dans un substrat semi-conducteur en silicium recouvert d'une couche épitaxiale de silicium et d'une couche protectrice de bioxyde de silicium (SiO2), dans laquelle, après avoir ménagé des fenêtres de diffusion dans ladite couche protectrice par procédé photolithographique, on dépose du bore pour constituer la base et de l'aluminium pour constituer l'isolement, tandis qu'au cours d'un second procédé photolithographique, on élimine l'aluminium par attaque sauf aux parties des fenêtres d'isolement déterminées au préalable par un masque, caractérisée par le fait que la diffusion d'isolement de l'aluminium et la diffusion de base du bore sont exécutées simultanément dans une atmosphère gazeuse non réductrice, ou atmosphère protectrice oxydante, à des températures variant entre 1180 et 1230 C. 2. Méthode de diffusion planaire conforme à la revendication 1, caractérisée par le fait que l'atmosphère gazeuse protectrice est composée d'abord d'azote, ensuite d'oxygène. 3. Méthode de diffusion planaire conforme aux revendications 1 et 2, caractérisée par le fait qu'au cours du second procédé photolithographique, la configuration du masque est telle qu'après attaque de la couche d'aluminium, un espace latéral est ménagé entre l'aluminium subsistant et le bioxyde de silicium.