Brevet FR2666450A1 — publié le 19920306

La présente invention concerne un procédé pour fabriquer un transistor bipolaire à émetteurs multiples possédant une faible résistance et plus particulièrement un procédé pour réduire la valeur résistive élevée que l'on obtient lors de la formation des émetteurs multiples. L'émetteur en polysilicium est largement utilisé dans les transistors bipolaires à hautes performances et fonctionnant à grande vitesse, ainsi que dans des disposi- tifs BI-CMOS. Pour fabriquer un transistor bipolaire possédant une structure à émetteurs multiples, on élimine la couche d'oxyde formée sur un substrat en silicium monocristallin de manière à mettre en contact une couche de polysilicium servant à former une électrode en contact avec le substrat, puis à déposer la couche de polysilicium Mais, dans ce cas, il se pose deuxproblèmes que l'on rencontre lors de la suppression de la couche d'oxyde et du dépôt de la couche de polysilicium. Tout d'abord, le problème qui se présente lors de l'élimination de la couche d'oxyde formée sur le substrat en Si monocristallin, est qu'on élimine la couche d'oxyde par corrosion ionique réactive et que, de ce fait, la sur- face du substrat est endommagée, ce qui accroît la résis- tance d'émetteur. Ci-après, on va considérer le problème que l'on rencontre lors du dépôt du polysilicium sur le substrat, après suppression de la couche d'oxyde. Le dépôt de la couche de polysilicium est obtenu au moyen d'un procédé de dépôt classique ou procédé de dé- pôt en rampe. 1 Procédé classique Le procédé classique consiste à placer la pas- tille dans un tube à une température de 600-6500 C pour le dépôt du polysilicium Dans ce cas, on obtient une crois- sance de la couche d'oxyde sur le substrat en Si mono- cristallin, en raison de la température élevée du tube lors de l'insertion dans ce dernier Par conséquent, bien que la couche d'oxyde ait été éliminée du substrat lors de l'étape précédente, l'étape ultérieure de traitement pour le dépôt de polysilicium entraîne la croissance d'une couche d'oxyde sur le substrat en empêchant l'établissement du contact de la couche de polysilicium avec ce substrat. En outre, la couche d'oxyde formée entre la couche de polysilicium et le substrat entraîne un accrois- sement de la résistance d'émetteur, de sorte qu'une carac- téristique du transistor, comme par exemple une faible vi- tesse de fonctionnement ou une faible transconductance, s'en trouve altérée. D'autre part, pour éliminer la couche d'oxyde formée pendant le dépôt du polysilicium, il est nécessaire d'appliquer un traitement thermique séparé à une tempéra- ture élevée dépassant 9000 C, mettant en oeuvre une étape de traitement thermique en utilisant un tube de diffusion, une étape de recuit thermique rapide, etc. Cependant, le traitement thermique utilisant le tube de diffusion entraîne une altération de la performance du dispositif en raison de l'énergie thermique produite lors du traitement de longue durée à haute température, tandis que le recuit thermique rapide réduit l'uniformité et la productivité du processus bien que l'énergie ther- mique appliquée au dispositif soit faible en raison de la brève durée de traitement. 2 Dépôt en rampe Il s'agit d'un procédé récemment utilisé-pour em- pêcher la croissance de la couche d'oxyde pendant l'insertion de la pastille dans un tube de diffusion à haute température La température du tube est maintenue à la température ambiante lorsque la pastille est introduite dans le tube de diffusion du polysilicium. On augmente la température jusqu'à un niveau de 600-650 'C de manière à déposer du polysilicium une fois que la pastille a été complètement insérée dans le tube Cepen- dant, dans ce procédé il se pose un problème lié à la pro- ductivité en raison de l'accroissement de la température d'un niveau bas à un niveau élevé. La présente invention a pour but de fournir un procédé pour fabriquer un transistor bipolaire à émetteurs multiples, qui permette de réduire la résistance d'émetteur moyennant une corrosion de la couche d'oxyde présente sur le substrat en silicium monocristallin, avant le dépôt de la couche de silicium, puis en réalisant la corrosion à sec du substrat en silicium monocristallin endommagé lors de la corrosion de la couche d'oxyde, au moyen du procédé de dé- pôt chimique en phase vapeur CVD amélioré par un plasma. Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé permettant de fabriquer un transistor bipolaire à émetteurs multiples, qui permette de réduire la résistance d'émetteur moyennant le maintien de la tempéra- ture dans un tube de dépôt à un faible niveau au moyen du dépôt en rampe, lors de la mise en place de la pastille dans le tube, et au moyen du dépôt d'une couche de polysi- licium à une température accrue de dépôt convenant pour la couche de polysilicium une fois que la pastille a été com- plètement introduite pour supprimer la croissance de la couche d'oxyde. Conformément à la présente invention, il est - prévu un procédé pour fabriquer un transistor bipolaire possédant une faible résistance d'émetteur, incluant les étapes consistant à: former une couche ensevelie de type D et une couche épi- taxiale de type N dans un substrat en Si; former un puits de type N pour la région dudit transistor bipolaire en exécutant une implantation ionique d'une impureté du type N dans la couche épitaxiale; former une couche d'oxyde de champ au moyen d'une oxydation classique; former une couche de diffusion de type N+ dans une région de collecteur; former par implantation ionique une couche pour une région de base en exécutant l'implantation ionique d'une impureté de type P; déposer une couche d'oxyde; former une fenêtre de contact en corrodant l'oxyde; former une structure multiple par structuration après dépôt d'une couche de polysilicium au moyen du pro- cédé de dépôt en rampe; exécuter une implantation ionique dans le sub- strat de manière à former une région d'émetteur; former la région de base et la région d'émetteur au moyen d'une diffusion simultanée des impuretés implan- tées par implantation ionique; former une couche d'oxyde et une couche de verre au silicate de bore et de phosphore BPSG; ménager une fenêtre pour contact métallique en corrodant séquentiellement la couche de BPSG et la couche d'oxyde par photolithographie; et former une structure d'électrodes métalliques en dépôsant une couche métallique et en la structurant. Conformément à un aspect de la présente inven- tion, l'étape de formation de la fenêtre de contact pour la mise en contact de la couche de polysilicium avec le sub- strat en Si monocristallin inclut les étapes partielles consistant à déposer une résine photosensible sur la couche d'oxyde; mettre à nu une partie du substrat pour former une fenêtre de contact en corrodant ladite résine photo- -sensible par photolithographie; corroder la couche d'oxyde au moyen d'une corro- sion ionique réactive; et corroder, au moyen du procédé CVD amélioré avec un plasma, le substrat en silicium monocristallin endommagé pendant la corrosion de la couche d'oxyde. Selon un autre aspect de la présente invention, lors du dépôt du polysilicium, on maintient la température d'un tube de dépôt à une valeur aussi faible qu'environ 4000 C pendant l'insertion de la pastille dans le tube, puis, une fois que la pastille a été complètement insérée dans le tube, on augmente graduellement la température pour l'amener au niveau de la température normale de dépôt du polysilicium. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description détaillée donnée ci-après, prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: les figures l A-1 N illustrent le procédé conforme à l'invention pour fabriquer un transistor bipo- laire à émetteurs multiples possédant une faible résistance d'émetteur. En se référant à la figure l A illustrant la for- mation d'une couche ensevelie, le matériau de départ est un substrat 1 en Si de type P, possédant une résistance spéci- fique égale à 5 n cm et un plan cristallin ( 100) Sur le substrat 1, on dépose successivement une première couche d'oxyde 2 et une couche de nitrure 3 Puis on applique une résine photosensible sur la couche de nitrure 3, et on sou- met le substrat au procédé de photolithographie de manière. à former une fenêtre 4 pour implantation ionique On im- plante alors une impureté de type N formée par du As, au moyen de cette fenêtre 4, à une dose égale à 5 x 1015 ions/cm 2 pour former une couche 5 ' formée par implantation ionique, pour une couche ensevelie de type N+ Puis on éli- mine la résine photosensible. En se référant à la figure 1 B, les ions implantés sont activés selon un procédé d'oxydation classique pour former la couche ensevelie 5 de type N+ Puis on retire par décollement la première couche d'oxyde de la couche de ni- trure 3, et on fait croître sur le substrat une couche épi- taxiale 6 possédant une épaisseur d'environ 1,5 pm. Ensuite, sur la couche épitaxiale 6, on dépose successivement une seconde couche d'oxyde 7 et une couche de nitrure 8, et on dépose une résine photosensible sur la couche de nitrure On soumet le substrat au procédé de pho- tolithographie pour former une fenêtre 9 pour l'implantation ionique de manière à former une région de collecteur. Puis on implante une impureté de type N formée par des ions de phosphore (P), à travers la fenêtre 9, à 12 2 une dose comprise entre 1 x 10 et 3 x io 12 ions/cm, à for- mer un puits 10 de type N, dans lequel un transistor bipo- laire est formé, comme cela est représenté sur la figure 1 C Ensuite, on élimine la résine photosensible appliquée pour former la fenêtre 9, et on forme successivement une troisième couche d'oxyde 11 et une couche de nitrure 12 pour former une couche d'oxyde de champ. En se référant à la figure 1 D, qui représente l'isolation de la région de l'élément actif au moyen de la formation d'une couche d'oxyde de champ, on dépose une ré- sine photosensible 13 sur la troisième couche de nitrure 12, que l'on soumet au traitement de photolithographie pour corroder la partie de la couche de nitrure -12, dans la- quelle le nitrure de champ doit être formé. En se référant à la figure l E, après élimination de la résine photosensible 13, on applique un traitement d'oxydation classique au substrat pour former la couche d'oxyde de champ 14, puis on élimine la troisième couche de nitrure 12. En se référant à la figure 1 F servant à illustrer le procédé pour former une couche de diffusion de type N+ dans la région de collecteur 10, on dépose à nouveau sur le substrat une résine photosensible 15, qu'on soumet à nou- veau au traitement de photolithographie pour former une fe- nêtre 16 pour l'implantation ionique. On implante les ions de phosphore à travers la fenêtre 16 dans la région de collecteur 10 avec une dose comprise entre 3 x 1015 et 5 x 1015 ions/cm 2 pour former une couche de diffusion 17 de type N+ servant à réduire la résistance de collecteur, et on élimine la résine photosen- sible 15. En se référant à la figure 1 G servant à illustrer le procédé pour former la région de base, on applique sur le substrat une résine photosensible 18, qu'on soumet à son tour au traitement photolithographique pour former une fe- nêtre 19 Puis on implante du bore (B) avec une dose de 1 x î 103 3 x î 013 ions/cm 2 pour former une couche 20 for- mée par implantation ionique, et on élimine la résine pho- tosensible 18. Les figures 1 H et II illustrent le procédé de formation d'une fenêtre pour placer la couche de polysili- cium, qui sera formée lors du traitement suivant, en contact avec le substrat en silicium monocristallin. En-se référant à la figure 1 H, on dépose succes- sivement une couche d'oxyde 21 et une résine photosensible 22 sur le substrat, que l'on soumet à son tour au processus photolithographique pour corroder la résine photosensible 22 de manière à mettre à nu la partie de la couche d'oxyde 21, dans laquelle une fenêtre de contact doit être formée. En se référant à la figure 1 I, on éliminé la par- tie de la couche d'oxyde 21 par corrosion ionique réactive pour former la fenêtre de contact 23 A cet instant, la partie à nu du substrat en Si monocristallin est endomma- gée, ce qui est indiqué par le chiffre de référence 24. En référence à la figure 1 J, qui sert à illustrer le traitement de formation d'une couche de polysilicium pour le contact d'émetteur, on corrode la couche 24 en Si monocristallin située dans la fenêtre de contact 23 en uti- lisant le procédé de dépôt chimique en phase vapeur CVD amélioré par un plasma pour mettre à nu une partie propre et non endommagée 25, et on élimine la résine photosensible 22. Ensuite, on utilise le procédé de traitement en rampe pour déposer une couche de polysilicium 26 sur le substrat Dans ce cas, lorsqu'on introduit la pastille dans le tube de dépôt, on maintient la température de ce dernier à un niveau suffisamment faible égal à environ 4000 C Une fois que la pastille a été complètement insérée dans le tube de dépôt, on augmente graduellement la température du tube de dépôt pour l'amener à la température normale de dé- pôt du polysilicium afin de déposer correctement la couche de polysilicium 26. En référence à la figure 1 K, on structure la couche de polysilicium 26 par photolithographie de manière à former la structure multiple 26 '. Ensuite, on implante des ions arsenic (As) à une dose comprise entre 1 x 1016 et 2 x 1016 ions/cm 2 pour for- mer l'émetteur et la source-. En référence à la figure 1 L, les impuretés im- plantées lors des étapes des figures 1 G et 1 K diffusent si- multanément de manière à former la région de base 27 et la région d'émetteur 28. En référence à la figure 1 M, on dépose successi- vement une couche d'oxyde 29 et une couche de BPSG 30 sur la pastille, on dépose une résine photosensible sur la couche de BPSG, puis on corrode successivement la couche 30 de BPSG et les couches d'oxyde 29,21, par photolithographie de manière à former une fenêtre 31 d'établissement d'un contact métallique. Enfin, on élimine la résine photosensible, et on forme sur la pastille, une couche métallique que l'on structure ensuite pour former une structure d'électrodes métalliques 32 On obtient ainsi un transistor bipolaire à émetteurs multiples possédant une faible résistance, conforme à la présente invention. -Comme cela a été décrit précédemment, conformé- ment à la présente invention, on soumet à une corrosion à sec au moyen du procédé CVD amélioré par des plasmas, la surface du substrat en silicium monocristallin endommagée lors de l'élimination de la couche d'oxyde pour mettre en contact la couche de polysilicium avec le substrat en sili- cium monocristallin, afin d'empêcher un accroissement de la résistance d'émetteur lors de la formation de l'émetteur multiple. En outre, lors de l'utilisation du procédé de dé- pôt en rampe pour déposer une couche de polysilicium sur la pastille, on maintient la température du tube de dépôt à une faible valeur pendant l'insertion de la pastille dans le tube, puis, une fois que la pastille a été complètement insérée dans le tube, on augmente la température jusqu'au niveau de la température normale de dépôt du polysilicium de manière à empêcher la formation de la couche d'oxyde en cours pour produire un transistor bipolaire à émetteurs multiples, présentant une faible résistance. REVENDICATIONS 1 Procédé pour fabriquer un transistor bipolaire à émetteurs multiples, caractérisé en ce qu'il consiste à mettre en oeuvre les étapes opératoires consistant à former une couche ensevelie ( 5) de type N et une couche épitaxiale ( 6) de type N dans un substrat ( 1) en Si; former un puits ( 10) de type N pour la région dudit transistor bipolaire en exécutant une implantation ionique d'une impureté du type N' dans la couche épitaxiale ( 6); former une couche d'oxyde de champ ( 14) au moyen d'une oxydation classique; former une couche de diffusion ( 17) de type N+ dans une région de collecteur ( 10); former par implantation ionique une couche ( 20) pour une région de base en exécutant l'implantation ionique d'une impureté de type P; déposer une couche d'oxyde ( 21); former une fenêtre de contact ( 23) en corrodant ladite couche d'oxyde ( 21); former une structure multiple ( 26 ') par structu- ration après dépôt d'une couche de polysilicium ( 26) au moyen du procédé de dépôt en rampe; exécuter une implantation ionique dans le sub- strat de manière à former une région d'émetteur; former la région de base ( 27) et la région d'émetteur ( 28) au moyen d'une diffusion simultanée des im- puretés implantées par implantation ionique; former une couche d'oxyde ( 29) et une couche de verre au silicate de bore et de phosphore BPSG ( 30); ménager une fenêtre pour contact métallique en corrodant séquentiellement la couche de BPSG et la couche d'oxyde par photolithographie; et former une structure d'électrodes métalliques ( 32) en déposant une couche métallique et en la structurant. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite fenêtre de contact( 23 >, met ladite structure multiple ( 26 ') en contact avec ledit sub- strat en Si monocristallin. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce que l'étape de formation de la fenêtre de contact inclut les étapes partielles consistant à: déposer une résine photosensible ( 22) sur ladite couche d'oxyde ( 21); mettre à nu une partie du substrat pour former ladite fenêtre de contact en corrodant ladite résine photo- sensible ( 22) par photolithographie; corroder ladite couche d'oxyde ( 21) au moyen d'une corrosion ionique réactive; et corroder la partie ( 24) dudit substrat en sili- cium monocristallin endommagé pendant la corrosion de la- dite couche d'oxyde ( 21). 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on corrode la partie endommagée ( 24) au moyen du procédé CVD de dépôt chimique en phase vapeur amélioré au moyen d'un plasma. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lors du dépôt dudit polysilicium ( 26), on main- tient la température d'un tube de dépôt à une valeur aussi faible qu'environ 4000 C pendant l'insertion de la pastille dans le tube, puis, une fois que la pastille a été complè- tement insérée dans le tube, on augmente graduellement la température pour l'amener au niveau de la température nor- male de dépôt du polysilicium. 6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite structure multiple ( 26 ') est la source de diffusion de la région d'émetteur.