Brevet FR2728393A1 — publié le 19960621

TRANSISTOR BIPOLAIRE A COLONNES ET PROCEDE DE FABRICATION DE CELUI-CI La présente invention concerne un dispositif à semi- conducteurs, et plus particulièrement un transistor bipolaire à colonnes qui a une caractéristique de fonctionnement bidirectionnel et dans lequel une capacité de jonction parasite d'une électrode de base est réduite, et un procédé de fabrication de celui-ci. Lorsque l'intégration d'un dispositif à semi- conducteurs est augmentée, sa vitesse d'entraînement et son gain en courant sont améliorés, mais sa caractéristique de fonctionnement est quelque peu restreinte. La figure 1 est une vue en coupe montrant la construction d'un transistor bipolaire qui est fabriqué selon un procédé de l'art antérieur. Cette technique permet qu'une capacité de jonction parasite d'un collecteur 3, c'est-à-dire une capacité de jonction parasite entre un substrat 1 et un collecteur enfoui 2, soit réduite et que la taille d'un transistor bipolaire soit encore plus faible. Sur la figure 1, le numéro de référence 6 désigne une couche isolante, le numéro de référence 7 désigne une région de base, et les numéros de référence 8 et 9 désignent une région d'émetteur et une électrode, respectivement. Dans le transistor bipolaire de la figure 1, comme la région de base 7 est large et les régions d'émetteur et de base 8, 7 sont jointes l'une à l'autre à concentration 33 élevée, le problème d'une grande consommation de puissance se pose. De plus, pour améliorer la caractéristique de fonctionnement, la construction d'un transistor bipolaire à colonnes est décrite dans la demande de brevet européen n 84113062.8, comme le montre la figure 2. En se référant à la figure 2, le procédé de fabrication du transistor bipolaire à colonnes décrit comprend les étapes consistant à graver sélectivement un substrat semi-conducteur monocristallin 11 pour y former des colonnes, former une région d'émetteur 18, une région de base 17, une région de collecteur 13 et une région 15 de puits de collecteur dans les colonnes, isoler des régions actives par une couche isolante enfouie 16, et former une couche de polysilicium 14 en tant que région de base extrinsèque des deux côtés de l'une des colonnes pour terminer la fabrication d'un transistor bipolaire à colonnes. Cependant, dans le transistor bipolaire à colonnes de l'art antérieur fabriqué par le procédé ci-dessus, comme la couche de polysilicium 14 est reliée avec les deux côtés de la colonne dans laquelle la région de base 17 est formée, la région de base 17 devient encore plus grande. Ainsi, la caractéristique de fonctionnement du transistor bipolaire à colonnes est abaissée. De plus, comme les régions d'émetteur et de collecteur doivent être formées dans une partie supérieure de la colonne, le problème se pose qu'il est extrêmement difficile d'effectuer un procédé à ouverture de contact auto-réglée. Un objectif de la présente invention est de fournir un transistor bipolaire à colonnes qui a une caractéristique de fonctionnement bidirectionnel et dans lequel une capacité de jonction parasite entre une base et un collecteur ou entre la base et un émetteur peut être réduite. Un autre objectif de la présente invention est de fournir un procédé de fabrication d'un transistor bipolaire à colonnes dans lequel il est facile de former une région de base extrinsèque en connexion électrique avec une région de base formée dans une colonne et de former une ouverture de contact auto-réglée pour la connexion. Selon un aspect de la présente invention, le transistor bipolaire à colonnes comprend un substrat semi- conducteur d'un premier type de conductivité ayant au moins trois régions en tranchées, et des première et deuxième structures en colonne formées entre les régions en tranchées; une région de collecteur formée sous les première et deuxième structures en colonne et dans la deuxième structure en colonne, et dopée avec une impureté d'un deuxième type de conductivité; une région de base extrinsèque enfouie dans les régions en tranchées; une couche d'oxyde formée entre la région de base extrinsèque et le substrat; une région de base intrinsèque du premier type de conductivité formée dans une portion centrale de la première structure en colonne; une portion de connexion formée entre la région de base extrinsèque et la région de base intrinsèque pour relier électriquement la région de base extrinsèque à la région de base intrinsèque; une région d'émetteur du deuxième type de conductivité formée dans une portion supérieure de la première structure en colonne; et des électrodes formées à travers des orifices de contact sur les régions d'émetteur, de collecteur et de base. Dans ce transistor, le transistor comprend de plus un film conducteur mince plus large que l'émetteur, afin de faciliter la formation d'un orifice de contact. Dans ce transistor, le film conducteur mince est composé d'un polysilicium contenant une impureté du deuxième type de conductivité. Dans ce transistor, la région de base extrinsèque est composée de polysilicium. Selon un autre aspect de la présente invention, le procédé de fabrication d'un transistor bipolaire à colonnes comprend les étapes consistant à graver un substrat en silicium d'un premier type de conductivité en utilisant une première couche isolante à motifs comme masque pour former des première et deuxième structures en colonne séparées par une région en tranchée dans celle-ci; injecter une impureté d'un deuxième type de conductivité en utilisant une deuxième couche isolante à motifs comme masque pour former une région de collecteur sous les première et deuxième structures en colonne et dans la deuxième structure en colonne; déposer l'une après l'autre une première couche d'oxyde et une première couche de polysilicium par-dessus; polir la première couche de polysilicium en utilisant la première couche d'oxyde comme repère d'arrêt de polissage; éliminer une partie de la première couche de polysilicium et une partie de la première couche d'oxyde pour définir une région de base extrinsèque; graver la couche d'oxyde formée des deux côtés de la première structure en colonne jusqu'à une profondeur prédéterminée pour définir une portion de connexion et y former un polysilicium enfoui pour former la portion de connexion; déposer l'une après l'autre une deuxième couche d'oxyde et une deuxième couche de polysilicium par-dessus; polir la deuxième couche de polysilicium en utilisant la deuxième couche d'oxyde comme repère d'arrêt de polissage; éliminer seulement la deuxième couche d'oxyde formée par-dessus la première structure en colonne pour mettre à nu une surface de la première structure en colonne; injecter une impureté du premier type de conductivité dans la première structure en colonne pour former une région de base dans une partie centrale de celle- ci; injecter une impureté du deuxième type de conductivité pour former une région d'émetteur dans une portion supérieure de la première structure en colonne; déposer une troisième couche de polysilicium sur la région d'émetteur, la troisième couche de polysilicium étant formée plus large que la région d'émetteur; et former des orifices de contact auto-réglés pour former des électrodes à travers les orifices de contact. Dans ce procédé, l'étape consistant à graver le substrat en silicium est réalisée en utilisant une différence de vitesse de gravure entre la première couche isolante à motifs et le substrat en silicium. Dans ce procédé, l'étape consistant à injecter l'impureté du deuxième type de conductivité est réalisée en utilisant une différence de diffusion entre la deuxième couche isolante à motifs et le substrat en silicium. Dans ce procédé, l'étape consistant à polir la première couche de polysilicium est réalisée par polissage mécano-chimique en utilisant une différence de vitesse de polissage entre la première couche de polysilicium et la première couche d'oxyde. Selon un autre aspect de la présente invention, le procédé de fabrication d'un transistor bipolaire à colonnes comprend les étapes consistant à graver un substrat en silicium d'un premier type de conductivité en utilisant une première couche isolante à motifs comme masque pour former des première et deuxième structures en colonne séparées par une région en tranchée dans celle-ci; injecter une impureté d'un deuxième type de conductivité en utilisant une deuxième couche isolante à motifs comme masque pour former une région d'émetteur sous les première et deuxième structures en colonne et dans la deuxième structure en colonne; déposer l'une après l'autre une première couche d'oxyde et une première couche de polysilicium par-dessus; polir la première couche de polysilicium en utilisant la première couche d'oxyde comme repère d'arrêt de polissage; éliminer une partie de la première couche de polysilicium et une partie de la première couche d'oxyde pour définir une région de base extrinsèque; graver la couche d'oxyde formée des deux côtés de la première structure en colonne jusqu'à une profondeur prédéterminée pour définir une portion de connexion et y former un polysilicium enfoui pour former la portion de connexion; déposer l'une après l'autre une deuxième couche d'oxyde et une deuxième couche de polysilicium par-dessus; polir la deuxième couche de polysilicium en utilisant la deuxième couche d'oxyde comme repère d'arrêt de polissage; éliminer seulement la deuxième couche d'oxyde formée par-dessus la première structure en colonne pour mettre à nu une surface de la première structure en colonne; injecter une impureté du premier type de conductivité dans la première structure en colonne pour former une région de base dans une partie centrale de celle-ci; injecter une impureté du deuxième type de conductivité pour former une région de collecteur dans une portion supérieure de la première structure en colonne; déposer une troisième couche de polysilicium sur la région de collecteur, la troisième couche de polysilicium étant formée plus large que la région de collecteur; et former des orifices de contact auto-réglés pour former des électrodes à travers les orifices de contact. Dans le transistor bipolaire à colonnes, la base intrinsèque peut être encore réduite de taille, car une portion de connexion électrique est prévue entre la base intrinsèque et une base extrinsèque. En outre, la région active peut être formée en autoréglage, ce qui permet d'améliorer son intégration. La capacité de jonction parasite entre une base et un collecteur ou entre la base et un émetteur peut être réduite en formant la région active en autoréglage. La présente invention sera mieux comprise et son objectif apparaîtra clairement aux spécialistes en la matière en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 est une vue en coupe montrant la construction d'un transistor bipolaire qui est fabriqué par un procédé de l'art antérieur; La figure 2 est une vue en coupe montrant la construction d'un transistor bipolaire à colonnes qui est fabriqué par un autre procédé de l'art antérieur; -7 La figure 3 est une vue en coupe montrant la construction d'un transistor bipolaire à colonnes qui est fabriqué selon le procédé de la présente invention; et Les figures 4A à 4K sont des vues en coupe destinées à exposer les étapes de la fabrication du transistor bipolaire à colonnes de la figure 3 selon la présente invention. La figure 3 est une vue en coupe du transistor bipolaire à colonnes qui est fabriqué selon la présente invention. Comme le montre la figure 3, un substrat semi- conducteur 21 est muni d'une région en tranchée ayant au moins trois portions en renfoncement, des première et deuxième structures en colonne 10, 20 formées entre les régions en tranchées. Une région de collecteur (ou une région d'émetteur) est formée sous les première et deuxième structures en colonne et dans la deuxième structure en colonne, et un film mince pour une électrode de base ou une région extrinsèque 24 est composée d'un polysilicium enfoui dans les régions en tranchées. Entre la base extrinsèque 24 et le substrat 21 est formée une couche d'oxyde 34. En outre, dans la partie centrale de la première structure en colonne 10, une région de base 27 d'un premier type de conductivité est formée. Une portion de connexion 25 est formée des deux côtés de la première structure en colonne , et la région d'émetteur (ou de collecteur) d'un deuxième type de conductivité est formée dans une partie supérieure de la première structure en colonne 10. Chaque électrode est formée dans une partie de chacune de la région de base extrinsèque 24, de la région 28 d'émetteur (ou de collecteur), et de la région 23 de collecteur (ou d'émetteur). Dans le transistor bipolaire à colonnes tel que décrit ci-dessus, un film conducteur mince 26 plus large que l'émetteur peut être formé afin de pouvoir réaliser facilement un orifice de contact destiné à relier l'émetteur (ou le collecteur) 28 et l'électrode 29 d'émetteur. Le film conducteur mince 26 est composé d'un polysilicium contenant une impureté du deuxième type de conductivité. Dans ce qui suit, le procédé de fabrication du transistor bipolaire à colonnes de la figure 3 va être décrit en détail en se référant aux figures 4A à 4K. Sur les figures 4A à 4K, des éléments de composants ayant des fonctions similaires à celles des éléments de composants du transistor bipolaire à colonnes représenté sur la figure 3 sont repérés par les mêmes numéros de référence. Se référant à la figure 4A, sur un substrat en silicium 21 de type p, on forme une couche d'oxyde, puis un motif est formé sur la couche d'oxyde pour former une première couche 32 d'oxyde à motifs et définir une région en tranchée. Puis une gravure anisotrope est effectuée en utilisant la première couche d'oxyde à motifs comme masque de gravure pour former des première et deuxième structures à colonne 10, 20 séparées par la portion en tranchée. En ce qui concerne la gravure, le substrat 21 est gravé par une différence entre les vitesses de gravure de la première couche 32 d'oxyde à motifs et du substrat 21. Sur la figure 4B, après élimination de la couche 32 d'oxyde à motifs autre que la couche d'oxyde formée seulement sur la première structure en colonne 10, une couche d'oxyde est formée par- dessus, puis un motif est formé sur la couche d'oxyde pour former une deuxième couche 33 d'oxyde à motifs et définir une région de sous- collecteur. Puis, utilisant la deuxième couche 33 d'oxyde à motifs comme masque, une impureté est injectée pour former une couche de collecteur (ou d'émetteur) 23 injectée avec une impureté à haute concentration. En ce qui concerne l'injection d'impureté, la couche de collecteur 23 est formée sous les première et deuxième structures en colonne , 20 et dans la deuxième structure en colonne 20 en utilisant une différence de diffusion d'impureté entre la deuxième couche 33 d'oxyde à motifs et le substrat 21. Comme le montre la figure 4C, après élimination de toutes les couches d'oxyde 32, 33 une couche d'oxyde 34 est formée par-dessus. Une couche de polysilicium 24' plus épaisse qu'un échelon entre la tranchée et la structure en colonne est déposée par-dessus. Puis un polissage mécano- chimique est effectué pour polir la couche de polysilicium 24' jusqu'à une surface de la couche d'oxyde 34, comme le montre la figure 4D. Dans le polissage à des fins d'aplanissement, la couche d'oxyde 34 est utilisée comme repère d'arrêt de polissage. Se référant à la figure 4E, une gravure à sec est effectuée pour éliminer une partie de la couche de polysilicium 24' et une partie de la couche d'oxyde 34. En conséquence, un film mince pour une électrode de base ou une base extrinsèque 24 est formée dans la région en tranchée. Ensuite, seule la couche d'oxyde 34 formée des deux côtés de la première structure en colonne 10 est éliminée sélectivement pour définir une région de connexion '. Dans la région de connexion 25', une couche de polysilicium est enfouie pour former une portion de connexion 25 destinée à relier électriquement une base, c'est-à-dire une base intrinsèque devant être formée par un procédé ultérieur, à la base extrinsèque 24, comme le montre la figure 4F. Ensuite, après formation d'une couche d'oxyde 36 comme le montre la figure 4G, une couche de polysilicium 35 est déposée par-dessus, puis un polissage mécano-chimique est effectué en utilisant la couche d'oxyde 36 comme repère d'arrêt de polissage pour obtenir une surface aplanie, comme le montre la figure 4H. Sur la figure 4I, après élimination de seulement la couche d'oxyde 36 formée au-dessus de la première structure en colonne 10, une impureté de type p est injectée pour former la base intrinsèque 27 dans une partie centrale de la première structure en colonne 10. Puis la base intrinsèque 27 est reliée électriquement à la base extrinsèque 24'. En outre, une impureté de type n est injectée dans la première structure en colonne 10 pour former une région d'émetteur 28 (ou de collecteur) dans une partie supérieure de la première structure en colonne 10. De plus, après élimination de la couche de polysilicium 35, une couche de polysilicium 26 dopée avec une impureté de type n est formée sur la région d'émetteur (ou de collecteur) 28, comme le montre la figure 4J. La couche de polysilicium 26 est formée plus large que la région d'émetteur 28. Enfin, comme le montre la figure 4K, une couche de passivation 37 est déposée par-dessus, puis des orifices de contact auto-réglés sont réalisés pour former des ouvertures sur chaque portion de la base extrinsèque 24, de la couche de polysilicium 26 et du collecteur (ou émetteur) 23. Puis on procède à une métallisation pour former des électrodes de câblage 29, et ainsi la séquence de fabrication du transistor bipolaire à colonnes est terminée. Comme décrit ci- dessus, une base intrinsèque du transistor bipolaire fabriqué selon le procédé de la présente invention peut être encore réduite de taille, car une portion de connexion électrique est prévue entre la base intrinsèque et une base extrinsèque. Dans le transistor bipolaire à colonnes, de plus, une région active de celui-ci peut être formée en autoréglage, ce qui permet d'améliorer son intégration. Une capacité de jonction parasite entre une base et un collecteur ou entre la base et un émetteur peut être réduite en formant la région active en autoréglage. De plus, selon le procédé de la présente invention, le l1 transistor bipolaire à colonnes ayant une bonne caractéristique de fonctionnement bidirectionnel peut être fabriqué. De plus, du fait de la réduction de la capacité parasite et de l'amélioration de la bonne caractéristique de fonctionnement bidirectionnel, le transistor bipolaire à colonnes est applicable à un circuit intégré nécessaire pour une faible consommation de puissance. Dans le procédé, il est facile d'établir une connexion multicouches du fait d'un bon aplanissement d'une surface. En particulier, une région de base extrinsèque devant être reliée électriquement à une région de base intrinsèque dans la colonne et des orifices de contact auto-réglés pour la liaison d'électrodes sont faciles à former. Il va de soi que diverses autres modifications apparaîtront et pourront facilement être apportées par les spécialistes en la matière sans s'écarter du cadre et de l'esprit de la présente invention. En conséquence, le cadre des revendications ci-après ne doit pas être considéré comme se limitant à la description exposée ci-dessus, mais les revendications doivent plutôt être considérées comme englobant toutes les caractéristiques de nouveauté brevetable qui résident dans la présente invention, y compris toutes les caractéristiques qui seraient traitées comme équivalentes par les spécialistes en la matière, à qui s'adresse cette invention. REVENDICATIONS 1. Transistor bipolaire à colonnes, comprenant: un substrat semiconducteur (21) d'un premier type de conductivité ayant au moins trois régions en tranchées, et des première et deuxième structures en colonne (10, 20) formées entre les régions en tranchées; une région de collecteur formée sous les première et deuxième structures en colonne et dans la deuxième structure en colonne, et dopée avec une impureté d'un deuxième type de conductivité; une région de base extrinsèque (24) enfouie dans les régions en tranchées; une couche d'oxyde (34) formée entre la région de base extrinsèque et le substrat; une région de base intrinsèque (27) du premier type de conductivité formée dans une portion centrale de la première structure en colonne; une portion de connexion (25) formée entre la région de base extrinsèque et la région de base intrinsèque pour relier électriquement la région de base extrinsèque à la région de base intrinsèque; une région d'émetteur du deuxième type de conductivité formée dans une portion supérieure de la première structure en colonne; et des électrodes (29) formées à travers des orifices de contact sur les régions d'émetteur, de collecteur et de base. 2. Transistor bipolaire à colonnes selon la revendication 1, comprenant de plus un film conducteur mince (26) plus large que l'émetteur, afin de faciliter la formation d'un orifice de contact. 3. Transistor bipolaire à colonnes selon la revendication 2, dans lequel le film conducteur mince (26) est composé d'un polysilicium contenant une impureté du deuxième type de conductivité. 4. Transistor bipolaire à colonnes selon la revendication 1, dans lequel la région de base extrinsèque (24) est composée de polysilicium. 5. Transistor bipolaire à colonnes, comprenant: un substrat semiconducteur (21) d'un premier type de conductivité ayant au moins trois régions en tranchées, et des première et deuxième structures en colonne (10, 20) formées entre les régions en tranchées; une région d'émetteur formée sous les première et deuxième structures en colonne et dans la deuxième structure en colonne, et dopée avec une impureté d'un deuxième type de conductivité; une région de base extrinsèque (24) enfouie dans les régions en tranchées; une couche d'oxyde (34) formée entre la région de base extrinsèque et le substrat; une région de base intrinsèque (27) du premier type de conductivité formée dans une portion centrale de la première structure en colonne; une portion de connexion (25) formée entre la région de base extrinsèque et la région de base intrinsèque pour relier électriquement la région de base extrinsèque à la région de base intrinsèque; une région de collecteur du deuxième type de conductivité formée dans une portion supérieure de la première structure en colonne; et des électrodes (29) formées à travers des orifices de contact sur les régions d'émetteur, de collecteur et de base. 6. Procédé de fabrication d'un transistor bipolaire à colonnes, comprenant les étapes consistant à: graver un substrat en silicium (21) d'un premier type de conductivité en utilisant une première couche (32) isolante à motifs comme masque pour former des première et deuxième structures en colonne (10, 20) séparées par une région en tranchée dans celle-ci; injecter une impureté d'un deuxième type de conductivité en utilisant une deuxième couche (33) isolante à motifs comme masque pour former une région de collecteur sous les première et deuxième structures en colonne et dans la deuxième structure en colonne (20); déposer l'une après l'autre une première couche d'oxyde (34) et une première couche de polysilicium (24') par-dessus; polir la première couche de polysilicium en utilisant la première couche d'oxyde comme repère d'arrêt de polissage; éliminer une partie de la première couche de polysilicium et une partie de la première couche d'oxyde pour définir une région de base extrinsèque (24); graver la couche d'oxyde formée des deux côtés de la première structure en colonne jusqu'à une profondeur prédéterminée pour définir une portion de connexion (25) et y former un polysilicium enfoui pour former la portion de connexion; déposer l'une après l'autre une deuxième couche d'oxyde (36) et une deuxième couche de polysilicium (35) par- dessus; polir la deuxième couche de polysilicium en utilisant la deuxième couche d'oxyde comme repère d'arrêt de polissage; éliminer seulement la deuxième couche d'oxyde (36) formée par-dessus la première structure en colonne (10) pour mettre à nu une surface de la première structure en colonne; injecter une impureté du premier type de conductivité dans la première structure en colonne pour former une région de base (27) dans une partie centrale de celle-ci; injecter une impureté du deuxième type de conductivité pour former une région d'émetteur dans une portion supérieure de la première structure en colonne (10); déposer une troisième couche de polysilicium (26) sur la région d'émetteur, la troisième couche de polysilicium étant formée plus large que la région d'émetteur; et former des orifices de contact auto-réglés pour former des électrodes (29) à travers les orifices de contact. 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel l'étape consistant à graver le substrat en silicium est réalisée en utilisant une différence de vitesse de gravure entre la première couche (32) isolante à motifs et le substrat en silicium (21). 8. Procédé selon la revendication 6, dans lequel l'étape consistant à injecter l'impureté du deuxième type de conductivité est réalisée en utilisant une différence de diffusion entre la deuxième couche (33) isolante à motifs et le substrat en silicium (21). 9. Procédé selon la revendication 6, dans lequel l'étape consistant à polir la première couche de polysilicium (24') est réalisée par polissage mécano- chimique en utilisant une différence de vitesse de polissage entre la première couche de polysilicium et la première couche d'oxyde (34). 10. Procédé de fabrication d'un transistor bipolaire à colonnes, comprenant les étapes consistant à: graver un substrat en silicium d'un premier type de conductivité en utilisant une première couche (32) isolante à motifs comme masque pour former des première et deuxième structures en colonne (10, 20) séparées par une région en tranchée dans celle-ci; injecter une impureté d'un deuxième type de conductivité en utilisant une deuxième couche (33) isolante à motifs comme masque pour former une région d'émetteur sous les première et deuxième structures en colonne et dans la deuxième structure en colonne (20); déposer l'une après l'autre une première couche d'oxyde (34) et une première couche de polysilicium (24') par- dessus; polir la première couche de polysilicium en utilisant la première couche d'oxyde comme repère d'arrêt de polissage; éliminer une partie de la première couche de polysilicium et une partie de la première couche d'oxyde pour définir une région de base extrinsèque (24); graver la couche d'oxyde formée des deux côtés de la première structure en colonne jusqu'à une profondeur prédéterminée pour définir une portion de connexion (25) et y former un polysilicium enfoui pour former la portion de connexion; déposer l'une après l'autre une deuxième couche d'oxyde (36) et une deuxième couche de polysilicium (35) par- dessus; polir la deuxième couche de polysilicium en utilisant la deuxième couche d'oxyde comme repère d'arrêt de polissage; éliminer seulement la deuxième couche d'oxyde (36) formée par-dessus la première structure en colonne (10) pour mettre à nu une surface de la première structure en colonne; injecter une impureté du premier type de conductivité dans la première structure en colonne pour former une région de base (27) dans une partie centrale de celle-ci; injecter une impureté du deuxième type de conductivité pour former une région de collecteur dans une portion supérieure de la première structure en colonne (10); déposer une troisième couche de polysilicium (26) sur la région de collecteur, la troisième couche de polysilicium étant formée plus large que la région de collecteur; et former des orifices de contact auto-réglés pour former des électrodes (29) à travers les orifices de contact.