Brevet FR2496340A1 — publié le 19820618

PROCEDE DE REALISATION D'UN DISPOSITIF SEMICONDUCTEUR, ET NOTAMMENT POUR L'ISOLEMENT D'UN CIRCUIT INTEGRE L'invention concerne un procédé de réalisation d'un dispositif semiconducteur, selon lequel une substance de dopage de type p est introduite dans une partie d'une sur- face d'un substrat de silicium monocristallin de type p et diffusée dans le substrat, après quoi une couche épitaxia- le de silicium de type n est déposée sur la surface, puis une substance de dopage de type p est introduite dans une partie de la surface de ladite couche, partie qui est op- posée à ladite partie de la surface du substrat, après quoi la (les) substance(s) de dopage de type p est (sont) diffu- sée(s) par traitement thermique des deux côtés dans la cou- che épitaxiale jusqu'à ce que les régions conductrices de type p diffusées dans cette couche se touchent. Un procédé du genre mentionné ci-dessus est décrit dans la demande de brevet français n0 1 562 929 qui décrit la formation d'îlots isolés. Du bore est introduit locale- ment comme substance de dopage de type p dans un substrat de silicium afin d'obtenir une région présentant un dopage élevé en bore. Avec une telle région à dopage élevé de bore dans le substrat, il se produit assez souvent le problème que les couches de silicium épitaxiales déposées ne présentent pas la composition requise par suite du phénomène d'auto-dopage dû au bore de la région de dopage. L'invention vise, entre autres, à éviter le problème mentionné, au moins dans une mesure notable. Elle est basée, entre autres, sur l'idée que l'auto-dopage pendant l'épitA- xie peut être contrecarrée par incorporation d'un frein de diffusion pour la substance de dopage de type p dans la ré- gion de dopage. -2- Conformément à l'invention, le procédé mentionné dans le préambule est caractérisé en ce que, dans la partie de la surface du substrat dans laquelle est introduite la substance de dopage de type p, est également introduite une substance de dopage de type n dont le coefficient de diffusion est plus faible que celui de la substance de dopage de type p et qui en freine la diffuslon, après quoi ces substances sont diffusées et la couche épitaxiale est dépo- sée. Le procédé conforme à l'invention permet d'éviter l'auto-dopage par la substance de dopage de type p, ou de l'atténuer à une valeur admissible. De préférence, du bore est introduit dans le sub- strat comme substance de dopage de type p. Du fait que le coefficient de diffusion de l'anti- moine est notablement inférieur à celui du bore et que-s l'antimoine ne donne pas ou guère lieu à auto-dopage pen- dant l'épitaxie, l'antimoine est de préférence utilisé comme substance de dopage de type n. Le procédé conforme à l'invention permet d'obtenir l'isolement d'îlots dans toutes sortes de dispositifs semi- conducteurs. Lorsque, simultanément avec l'introduction de la substance de dopage de type p dans ladite partie de la sur- face du substrat, ladite substance de dopage de type p est introduite dans une autre partie de la surface du substrat et simultanément avec l'introduction de la substance de dopage de type n dans la première partie de la surface du substrat, la substance de dopage de type n est aussi intro- duite dans l'autre partie, il est préférable qu'elle soit alors introduite dans une partie de la surface du substrat qui est plus étendue que l'autre partie et qui comprend l'autre partie. Après le dépôt de la couche épitaxiale et au moyen dudit traitement thermique, la substance de dopage de type p et la substance de dopage de type n sont diffusées à partir du substrat dans la couche épitaxiale afin d'obte- nir, dans la couche épitaxiale, une région de type p séparée du substrat par une région de type n. -3- Ainsi, on obtient une couche enterrée double pou- vant être appliquée à un grand nombre de dispositifs semi- conducteurs. La description ci-après, en se référant au dessin annexé, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure unique représente en section une partie d'un dispositif semiconducteur dans un stade de la réalisa- tion à l'aide du procédé conforme à l'invention. On y dé- crit, à titre d'exemple, la réalisation d'un circuit inté- gré. A cet effet, une substance de dopage de type p est introduite dans une partie 2 d'une surface 3 d'un substrat de silicium monocristallin 1 de type p, et ensuite diffusée. Puis, une couche de silicium épitaxiale de type n 4 est déposée sur la surface 3 et une substance de dopage de type p est introduite dans une partie 8 de la surface 9 de cette couche, partie 8 qui est située en face de ladite partie 2 de la surface 3 du substrat. Par traitement ther- mique, la substance de dopage p est diffusée des deux côtés dans la couche 4 jusqu'à ce que les régions de type p dif- fusées 5 et 6 se touchent dans la couche épitaxiale 4. Conformément à l'invention, pour éviter le phénomène d'auto-dopage de la couche épitaxiale 4 par diffusion de la substance de dopage de type p à partir des régions de dopa- ge 6 dans toute l'étendue de la couche épitaxiale 4, une substance de dopage de type n, dont le coefficient de dif- fusion est inférieur à celui de la substance de dopage de type p, est introduite dans la même partie de la surface 3 du substrat 1 o est introduite la substance de dopage de type p. Elle est ensuite diffusée, après quoi la couche épitaxiale 4 est déposée. La substance de dopage de type n, qui diffuse plus lentement, exerce un effet de freinage sur la diffusion de la substance de dopage de type p, de sorte que cette dernière ne se répand pas dans toute la couche épitaxiale pendant le dépôt de cette couche. Grâce à la différence de vitesse de diffusion entre les substances de -4- dopage, la région de dopage de type n 11 est noyée dans l'ensemble cohérent des régions de dopage 5 et 6. Selon une forme de réalisation préférentielle du procédé conforme à l'invention, la substance de dopage de type p est introduite dans une autre partie 7 de la surface 3 du substrat, simultanément avec l'introduction de la substance de dopage de type p-dans ladite partie 2 de la surface 3 du substrat. De plus, simultanément avec l'introduction de la substance de dopage de type n dans la partie 2 de la sur- face 3 du substrat, cette substance de dopage de type n est introduite dans une partie 19 de la surface 3 du substrat, qui est plus grande que l'autre partie 7 et qui comprend cette autre partie 7. Après le dêpôt de la couche êpitaxiale 4, la subs- tance de dopage p et la substance de dopage n sont diffu- sées dans la couche épitaxiale 4, à partir du substrat 1, par un traitement thermique afin dl'obtenir, dans cette der- nière couche, une région de type p 12, qui est séparée du substrat 1 par une région de type n 13. Les couches 12 et 13 constituent une couche enterrée double. Pour la réalisation du dispositif semiconducteur, on part, par exemple, d'un substrat de silicium en forme de disque de type p d'une épaisseur de 600 um présentant une résistivité de 25 û cm. D'une façon usuelle, après masquage à l'aide d'un oxyde, on dépose une dose de 1019 atomes/cm2 de bore comme substance de dopage de type p dans les parties 2 et 7 de la surface 3 du substrat. Ensuite, on procède à une diffusion pendant une demi heure à 1 1600 C. Puis, la partie 7 est agrandie et une dose de 2.1015 atomes/cm d'antimoine est introduite comme substance de dopage de type n par implantation d'ions par l'intermédiaire des parties 2 et 7. Les régions de dopage de type p 6, 20 et les régions de dopage de type n 11, 13 sont formées par diffusion pen- dant 5 heures à 1 2500 C. -5- Ensuite, on dépose une couche de silicium épitaxia- le de type n d'une épaisseur de 40/um présentant une ré- sistivité de 35 n cm. Après masquage, une dose de 2.1018 atomes/cm2 d'alu- minium est introduite de façon usuelle comme substance de dopage de type p dans les parties 8 et 14 de la surface 9 de la couche épitaxiale 4. Puis, au cours d'un traitement thermique pendant heures à 1 2000 C, il se forme, dans la couche épitaxia- le 4, des régions de type p 5 et 10, 12 et 15, qui se tou- chent respectivement. Les régions cohérentes 5 et 10 peuvent être utili- sées pour l'isolement correspondant aux îlots 16 dans la couche épitaxiale 4, ce qui permet d'isoler électriquement des composants du circuit intégré disposés dans des îlots non représentés. Les régions 15 peuvent être utilisées pour le con- tact avec un collecteur 12 d'un transistor pnp vertical, dont une région d'émetteur est désignée par 17 et une ré- gion de contact de base par 18. Le collecteur de type p 12 est séparé du substrat de type p 1 par la couche enterrée de type n 13. L'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit ci- dessus. Outre le bore comme substance de dopage de type p à introduire dans le substrat, peuvent être utilisés égale- ment l'aluminium ou le gallium. Comme substance de dopage p à introduire dans la couche épitaxiale, peuvent être utili- sés, outre l'aluminium, également le bore ou le gallium. Outre l'antimoine, l'arsenic peut être également utilisé comme substance de dopage de type n. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'un dispositif semicon- ducteur selon lequel une substance de dopage de type p est introduite dans une partie (2) d'une surface (3) d'un substrat de silicium monocristallin de type p (1) et dif- fusée dans le substrat, après quoi une couche épitaxiale de silicium de type n (4) est dépoée sur la surface (3), puis une substance de dopage de type p eFt introduite dans une partie (8) de la surface (9) de cette couche (4), partie (8) qui est opposes à ladite partie (2) de la sur- face (3) du substrat (1), après quoi la (les) substances) de dopage de type p est (sont) diffusée(s) par traitement thermique des deux c8tés dans la couche épitaxiale (4) jusqu'à ce que les régions conductrices de type p diffu- sées (5, 10) dans cette couche (4) ase touchent, caracté- risé en ce que dans la partie (2) de la surface (3) du substrat (1) dans laquelle est introduite la substance de dopage de type p est également introduite une substance de dopage de type n, dont le coefficient de diffusion est plus faible que celui de la substance de dopage de type p et qui en freine la diffusion, après quoi ces substan- ces sont diffusées et la couche épitaxiale (4) est dépo- sée. 2. Procédé selon la revendications1, caractérisé en ce que du bore est introduit dans le substrat (1) en tant que substance de dopage de type p. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que de l'antimoine est utilisé comme substance de dopage de type n. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1-a 3, caractérisé en ce que, simultanément avec l'introduction de la substance de dopage de type p dans ladite partie (2) de la surface (3) du substrat (1), la- dite substance de dopage de type p est introduite dans une autre partie (7) de la surface (3) du substrat (1), et simultanément avec l'introduction de la substance de dopage de-type n dans la première partie (2) de la sur- face (3) du substrat (1), la substance de dopage de type n est aussi introduite dans une partie (19) de la surfa- ce (3) du substrat (1), qui est plus étendue que l'autre partie (7) et qui comprend cette autre partie (7), au moyen dudit traitement thermique après le dép8t de la couche épitaxiale (4), la substance de dopage de type p et la substance de dopage de type n sont diffusées à par- tir du substrat (1) dans la couche épitaxiale (4) afin d'obtenir, dans la couche épitaxiale (4), une région de type p (12) qui est séparée du substrat (1) par une ré- gion de type n (13).