Brevet FR2728389A1 — publié le 19960621

PROCEDE DE FABRICATION DUN TRANSISTOR BIPOLAIRE A HETERO-JONCTIONS La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un dispositif à semi-conduc- teurs, et plus particulièrement un procédé de fabrication d'un transistor bipolaire à hétéro-jonc- tions dans lequel une capacité parasite de base est totalement réduite en utilisant un siliciure mé- tallique comme base. Lorsqu'on augmente l'intégration d'un dispositif à semi-conducteurs ou qu'on réduit la taille d'un dispositif à semi-conducteurs, la vitesse de fonctionnement d'un tel dispositif à semi- conducteurs peut être augmentée, mais sa caractéristique de fonctionnement est limitée. Cela est dû au fait que des dopants injectés dans l'émetteur et la base du dispositif sont augmentés. Pour améliorer les caractéristiques de fonctionnement d'un dispositif à semi- conducteurs, plusieurs types de transistors bipolaires à hétéro-jonctions ont été développés. L'un d'eux typique possè- de une base en SiGe qui se substitue à une base en silicium, et présente la caractéristique de ré- trécir la bande d'énergie interdite et le calibre en fonction de la teneur en Ge dans la base en SiGe. Un transistor bipolaire à hétéro- jonctions qui permet à une base en siliciure métallique tel que TilSi2 de se substituer à une base en polysilicium, a récemment fait l'objet de recherches ac- tives visant à réduire une capacité parasite de la région de base ou entre les régions d'émetteur et de base, et donc d'améliorer ses performances. Le procédé de fabrication du transistor bipolaire à hétéro-jonctions de l'art antérieur va être décrit ci-dessous en se référant à la Figure 1. Après avoir formé une région de collecteur 2 et un puits 4 de collecteur isolés électrique- ment par une couche d'oxyde 3 sur un substrat 1 en silicium, une couche 5 de base en SiGe est d'abord formée sur la région de collecteur 2 par croissance épitaxiale sélective. Puis, après avoir déposé une couche isolante 7 au-dessus, on forme un motif sur la couche isolante pour définir une région d'émetteur Un émetteur 9 est alors formé sur la couche de base et une paroi latérale 8 est formée des deux côtés de l'émetteur 9. Ensuite, après avoir formé un film métallique mince uniquement sur une région inactive de la couche 5 de base, on procède à un recuit pour former un film mince 6 d'électrode de base composé d'un siliciure métallique. Enfin, après avoir mis à nu une portion du film mince 6 d'électrode de base, une électrode 11 de connexion est formée sur la portion mise à nu. En conséquence, la fabrication du transis- tor bipolaire selon l'art antérieur est terminée. Dans le transistor bipolaire de l'art antérieur, comme la couche 5 de base est composée d'un film de SiGe intrinsèque, le rendement d'injection de l'émetteur est amélioré. Comme le film mince 6 d'électrode de base est composé d'un film de siliciure métallique, une résistance parasite du film mince 6, c'est-à-dire une résistance parasite du siliciure métallique lui-même ou une résistance de contact entre le siliciure métallique et l'électrode de connexion, peut être rédui- te. Cependant, comme un siliciure métallique constituant le film mince 6 d'électrode de base est formé par recuit de la couche 5 de base et d'un métal déposé audessus, il se pose le problè- me qu'une perte de l'épaisseur de film de la couche 5 de base se produit. Ainsi, le siliciure mé- tallique 6, qui est utilisé pour réduire une résistance parasite de la base, devient plus mince. nl est bien connu dans l'art que plus la couche de base devient mince, plus la résistance parasite de la couche de base devient importante. De plus, comme une région réagissant avec un métal pour former le siliciure métallique est la couche 5 de base ultra-mince d'environ 500 À d'épaisseur, l'épaisseur du siliciure métallique 6 est encore limitée. Du fait cette limitation, la résistance de surface du siliciure métallique 6 est 1 o augmentée, et la réduction de la résistance parasite dans la base est donc sévèrement limitée en épaississant le film de siliciure métallique 6. Un objectif de la présente invention est de fournir un procédé de fabrication d'un transistor bipolaire à hétéro-jonctions dans lequel un film de siliciure métallique comme film mince d'élec- trode de base est formé sans perte d'épaisseur du film mince d'électrode de base, de manière à réduire une résistance parasite d'une base. Un autre objectif de la présente invention est de fournir un procédé de fabrication d'un transistor bipolaire à hétéro-jonctions dans lequel un changement d'épaisseur d'un film de sili- ciure métallique est déterminé en fonction des propriétés du transistor bipolaire à hétéro-jonc- dions lui-même, permettant ainsi d'en améliorer les caractéristiques de fonctionnement et d'en simplifier la séquence de fabrication. Selon l'aspect de la présente invention, le procédé de fabrication d'un transistor bipolaire à hétéro-jonctions comprend les étapes consistant à injecter une impureté dans un substrat en sil- cium pour former une région de collecteur enfoui conductrice; faire croître une couche épitaxia- le de collecteur sur la région de collecteur enfoui et former une couche d'oxyde de champ; in- jecter sélectivement une impureté dans la couche épitaxiale de collecteur pour former un puits de collecteur; former l'une après l'autre une couche de base et une première couche d'oxyde au- dessus; former un motif sur la première couche d'oxyde pour définir une région de base extrin- sèque; implanter ioniquement une impureté dans la région de base extrinsèque en utilisant une couche d'oxyde à motifs comme masque et éliminer la couche d'oxyde à motifs; déposer un film de siliciure métallique au-dessus pour former un film mince d'électrode de base; former une couche d'oxyde de recouvrement d'environ 500 A d'épaisseur uniquement sur le film mince d'électrode de base; former une couche d'oxyde isolant par-dessus et éliminer séquen- tiellement et sélectivement la couche d'oxyde isolant, la couche d'oxyde de recouvrement, le film mince d'électrode de base et la couche de base en utilisant un masque photorésistant à mo- tifs pour former un motif, la couche d'oxyde isolant étant prévue pour isoler électriquement la base et l'émetteur; former une couche d'oxyde de paroi latérale sur les deux bords latéraux du motif; éliminer une partie de la couche d'oxyde isolant pour définir une région d'émetteur; for- mer une couche de passivation par-dessus et éliminer sélectivement la couche de passivation pour former des orifices de contact; et déposer dans les orifices de contact une couche de poly- silicium dopée avec des ions d'impureté pour former des électrodes. Dans ce procédé, la couche de base est composée d'un film de SiGe monocristallin mono- couche à haute concentration de 1018 cm'3 ou plus. Dans ce procédé, la couche de base est composée de l'un parmi un film à double couche SiGe/Si et un film à trois couches Si/SiGe/Si. Dans ce procédé, la teneur en Ge dans la couche de base varie de façon linéaire entre le bas et le haut de la couche de base. Dans ce procédé, la teneur en Ge dans la couche de base est constante dans le domaine de 3 % ou moins. Dans ce procédé, la teneur en Ge dans la couche de base varie de façon linéaire entre le bas et le haut de la couche de base dans le domaine de 30 % à 0 %. Dans ce procédé, la teneur en Ge dans la couche de base est constante entre le bas et une hauteur prédéterminée de la couche de base dans le domaine de 30 % ou moins, et varie de façon linéaire entre la hauteur prédéterminée et le haut de la couche de base dans le domaine de % à0%. Dans ce procédé, la teneur en Ge dans la couche de base varie de façon linéaire entre le bas et une hauteur prédéterminée de la couche de base dans le domaine de O % à 30 %, et varie entre la hauteur prédéterminée et le haut de la couche de base dans le domaine de 30 % à O %. Dans ce procédé, l'étape consistant à former la région de collecteur enfoui conductrice est effectuée avec une énergie de 30 keV, et des doses de 6x1015 cm'2 ou plus. Dans ce procédé, l'étape consistant à déposer le film de siliciure métallique est réalisée en utilisant une cible composite de TiSi2.x à haute pression. Dans ce procédé, le film de siliciure métallique est composé de TiSi2.x et a une épaisseur comprise entre 500 À et 4000 À, x étant un entier de O à 9. Dans ce procédé, la région d'émetteur est composée d'une couche de polysilicium conduc- teur ayant environ 2000 A d'épaisseur. Dans ce procédé, la région d'émetteur possède une couche inférieure formée par croissance épitaxiale sélective et composée de silicium monocristallin dopé avec une concentration en im- pureté de 1018 cm'3 ou moins, et une couche supérieure composée d'un polysilicium dopé avec une concentration en impureté de 1020 cm'3 ou plus. La présente invention pourra être mieux comprise et son objectif apparaîtra aux spécialistes en la matière en se référant aux dessins joints comme suit: La Figure 1 est une vue en coupe montrant une construction typique d'un transistor bipo- laire à hétéro-jonctions de l'art antérieur; La Figure 2 est une vue en coupe montrant la construction du transistor bipolaire à hétéro- jonctions qui est fabriqué selon le procédé de fabrication de la présente invention; et Les Figures 3A à 3H sont des vues en coupe montrant les étapes de fabrication du transis- tor bipolaire à hétéro-jonctions selon la présente invention. Se référant à la Figure 2, le transistor bipolaire à hétéro-jonctions fabriqué selon le procédé de la présente invention possède une couche 21 de collecteur enfoui sur un substrat, une couche épitaxiale 22 de collecteur formée sur la couche 21 de collecteur enfoui, un puits 24 de collec- teur formé sur la couche 21 de collecteur enfoui et isolé électriquement de la couche épitaxiale 22 de collecteur par une couche 23 d'oxyde d'isolation du dispositif, une couche de base 25 formée au-dessus de la couche épitaxiale 22 de collecteur, une couche 26 de siliciure métallique formée sur la couche de base 25, une couche 27 d'oxyde formée autour de la couche 26 de sili- ciure métallique, pour injecter de manière sélective une impureté dans la couche de base 25, et une couche 29 d'émetteur formée sur la couche de base à travers une ouverture dans la couche 27 d'oxyde. Dans le transistor bipolaire à hétéro-jonctions, comme le film de siliciure métallique 26 peut être formé sans recourir à un procédé de recuit, il est possible de simplifier sa séquence de o fabrication. Le film 26 de siliciure métallique peut également être formé de façon variable dans le domaine de 500 à 4000 A d'épaisseur, permettant ainsi de réduire une résistance parasite de la base. Dans ce qui suit, le procédé de fabrication d'un transistor bipolaire selon la présente inven- tion va être décrit en détail en se référant aux Figures 3A à 3H. Des éléments de composant ayant des fonctions similaires aux éléments de composant du transistor bipolaire à hétéro-jonc- tions de la Figure 2 sont repérés par les mêmes numéros de référence. Comme le montre la Figure 3A, une impureté à forte concentration est injectée dans un substrat en silicium (non représenté) par implantation ionique pour former une région de collec- teur enfoui conductrice 21. Puis, sur la région 21 de collecteur enfoui, une couche épitaxiale 22 de collecteur dopée avec une impureté par méthode in situ est formée par croissance, puis, après avoir défini des régions active et inactive, une couche 2 d'oxyde de champ est formée. De plus, une impureté ayant une forte concentration est implantée sélectivement pour former un puits 24 de collecteur. Une couche 25 de base en SiGe et une couche 13 d'oxyde sont formées séquen- tiellement au-dessus, comme le montre la Figure 3A. Dans ce procédé de fabrication, la couche 25 de base en SiGe est formée par épitaxie, telle que par MBEE (épitaxie par faisceau moléculai- re), UHD/CVD (dépôt chimique en phase vapeur sous vide ultra-poussé) ou similaire, et la couche 13 d'oxyde d'une épaisseur de 500 à 1000 A est formée par LPCVD (dépôt chimique en phase vapeur sous pression faible) ou par PECVD (dépôt chimique en phase vapeur amélioré sous plasma). Dans ce mode de réalisation, un film monocouche de SiGe est utilisé comme couche de base, un film double couche SiGe/Si ou un film à triple couche Si/SiGe/Si pouvant être utilisé comme couche 25 de base conductrice en plus du film monocouche de SiGe. Dans le cas o un film monocouche de SiGe est utilisé comme couche 25 de base, une im- pureté ayant une concentration élevée de lx1018 cm'3 ou plus y est injectée. De plus, dans le cas o un film double couche Si/SiGe est utilisé comme couche 25 de base, une impureté ayant une concentration élevée de lx1018 cm'3 ou plus est injectée unique- ment dans une portion supérieure en contact avec un émetteur La couche de base 25 peut égale- ment être formée de telle manière que la teneur en Ge dans la couche 25 de base en SiGe soit contrôlée de façon linéaire en fonction de la hauteur de la couche de base 25. Par exemple, la base 25 en SiGe peut être formée de telle manière que la teneur en Ge soit constante dans le domaine de 30 % ou moins, ou la teneur en Ge peut varier de façon linéaire de % jusqu'à 0 % entre le bas et le haut de la base en SiGe. De plus, la base en SiGe peut être formée de telle manière que sa teneur en Ge soit constante entre le bas de la base et une hauteur prédéterminée dans le domaine de 30 % ou moins et varie de façon linéaire entre la hauteur pré- déterminée et le haut de la base dans le domaine de 30 % à 0 %, ou que sa teneur en Ge soit ac- crue de façon linéaire entre le bas de celle-ci et une hauteur prédéterminée dans le domaine de O % à 30 % et soit diminuée entre la hauteur prédéterminée et le haut de celle-ci dans le domaine de 30 % à 0 %. Ici, le terme "de façon linéaire" signifie que la teneur en Ge dans la base varie de manière croissante ou décroissante. Comme le montre la Figure 3B, un motif est formé sur la couche d'oxyde 13 pour définir une région de base extrinsèque, puis une implantation ionique est effectuée en utilisant la couche 13 d'oxyde à motifs comme masque, sous 30 keV et avec des doses de 6x1015 cm72 pour former la région de base extrinsèque. De plus, la couche 13 d'oxyde à motifs est éliminée. Pendant l'implantation ionique, des ions d'impureté en concentration élevée sont injectés uniquement dans la région de base extrinsèque de la couche de base 25. Sur la Figure 3C, un film 26 de siliciure métallique est déposé par pulvérisation cathodique pour former un film mince d'électrode de base. La formation du film mince d'électrode de base est réalisée en utilisant une source de composé d'alliage. Par exemple, en utilisant une cible composite à haute pression de TiSi2. x (o x est un entier de 0 à 9), du TiSi2.x amorphe (o x est un entier de 0 à 9) 26 est déposé au-dessus. Comme le film mince 26 d'électrode de base est composé d'un film de siliciure métallique ayant une conductivité élevée et ayant de 500 à 4000 A d'épaisseur, il permet de réduire une résistance pa- rasite de la couche de base 25. De plus, sur le film mince 26 d'électrode de base, une couche 14 d'oxyde de recouvrement d'environ 500 A d'épaisseur est formée par LPCVD. Comme le montre la Figure 3D, une couche 27 d'oxyde isolant de 2000 à 4000 À d'épais- seur est déposée au-dessus, puis plusieurs couches, à savoir la couche 27 d'oxyde isolant, la couche 14 d'oxyde de recouvrement, le filmn mince 26 d'électrode de base et la couche de base , sont éliminées séquentiellement en utilisant un masque photorésistant à motifs (non repré- senté) pour former un motif. Puis, sur les deux bords latéraux du motif, une couche d'oxyde de paroi latérale 28 est formée. La couche 27 d'oxyde isolant est prévue pour isoler électriquement l'émetteur et la base. De plus, comme le montre la Figure 3E, une portion de la couche d'oxyde isolant 27 est éliminée pour définir une région d'émetteur. Sur la couche de base 25, une couche de polysili- cium dopé avec des ions As est déposée par LPCVD à une température d'environ 650 C, puis un motif y est apposé pour former une couche d'émetteur 29, comme le montre la Figure 3F. La couche d'émetteur 29 a environ 2000 À d'épaisseur. La couche d'émetteur 29, comme le montre la Figure 3F- 1, possède une couche inférieure 29a formée par croissance épitaxiale sélective et composée de silicium monocristallin dopé avec une concentration en impuretés de 1018 cm-3 ou moins et une couche supérieure 29b composée d'un polysilicium dopée avec une concentration en impuretés de 1020 cmn3 ou plus. Se référant aux Figures 3G et 3H, après avoir formé une couche 30 de passivation au-des- sus, des orifices de contact sont formés par élimination sélective de la couche 30 de passivation. Puis des électrodes 31 sont formées à travers les orifices de contact, et ainsi la fabrication du transistor bipolaire à hétéro-jonctions est terminée. Comme décrit précédemment, dans la fabrication d'un transistor bipolaire à hétéro-jonc- tions selon la présente invention, du fait qu'un film de siliciure métallique servant de film mince d'électrode de base peut être formé sans recourir à un procédé de recuit, il est possible de sim- plifier sa séquence de fabrication et, donc, d'augmenter le rendement de fabrication. De plus, comme l'épaisseur du film de siliciure métallique peut être variée dans le domaine de 500 à 4000 À, il est possible de réduire une résistance parasite d'une base. De plus, dans le cas o un transistor bipolaire à hétéro-jonctions fabriqué selon la présente invention est incorporé à un dispositif haute fréquence, il est possible d'améliorer les caractéris- tiques de fonctionnement de celui-ci. Il va de soi que diverses autres modifications apparaîtront et pourront facilement être ap- portées par les hommes de l'art sans s'écarter du cadre ni de l'esprit de la présente invention. En conséquence, le cadre des revendications ci-après ne doit pas être considéré comme se limi- tant 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 pré- sente invention, y compris toutes les caractéristiques qui seraient traitées comme équivalentes par les hommes de l'art, à qui s'adresse cette invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un transistor bipolaire à hétéro-jonctions, comprenant les étapes consistant à: injecter une impureté dans un substrat en silicium pour former une région de collecteur en- foui conductrice; faire croître une couche épitaxiale de collecteur sur la région de collecteur enfoui et former une couche d'oxyde de champ; injecter sélectivement une impureté dans la couche épitaxiale de collecteur pour former un puits de collecteur; former l'une après l'autre une couche de base et une première couche d'oxyde au- dessus; former un motif sur la première couche d'oxyde pour définir une région de base extrin- sèque; implanter ioniquement une impureté dans la région de base extrinsèque en utilisant une couche d'oxyde à motifs comme masque et éliminer la couche d'oxyde à motifs; déposer un film de siliciure métallique au-dessus pour former un film mince d'électrode de base; former une couche d'oxyde de recouvrement d'environ 500 À d'épaisseur uniquement sur le film mince d'électrode de base; former une couche d'oxyde isolant au-dessus et éliminer séquentiellement et selectivement la couche d'oxyde isolant, la couche d'oxyde de recouvrement, le film mince d'électrode de base et la couche de base en utilisant un masque photorésistant à motifs pour former un motif, la couche d'oxyde isolant étant prévue pour isoler électriquement la base et l'émetteur; former une couche d'oxyde de paroi latérale sur les deux bords latéraux du motif; éliminer une partie de la couche d'oxyde isolant pour définir une région d'émetteur; 2 5 former une couche de passivation au-dessus et éliminer sélectivement la couche de passiva- tion pour former des orifices de contact; et déposer dans les orifices de contact une couche de polysilicium dopée avec des ions d'im- pureté pour former des électrodes. 2. Procédé selon la Revendication 1, dans lequel la couche de base est composte d'un film de SiGe monocristallin monocouche à haute concentration de 1018 cm-3 ou plus. 3. Procédé selon la Revendication 1, dans lequel la couche de base est composée de l'un parmi un film à double couche SiGe/Si et un film à trois couches Si/SiGe/Si. 4. Procédé selon la Revendication 1, dans lequel la teneur en Ge dans la couche de base varie de façon linéaire entre le bas et le haut de la couche de base. 5. Procédé selon la Revendication 4, dans lequel la teneur en Ge dans la couche de base est constante dans le domaine de 3 % ou moins. 6. Procédé selon la Revendication 4, dans lequel la teneur en Ge dans la couche de base varie de façon linéaire entre le bas et le haut de la couche de base dans le domaine de 30 % à 0%. 7. Procédé selon la Revendication 4; dans lequel la teneur en Ge dans la couche de base est constante entre le bas et une hauteur prédéterminée de la couche de base dans le domaine de % ou moins, et varie de façon linéaire entre la hauteur prédéterminée et le haut de la couche de base dans le domaine de 30 % à 0 %. 8. Procédé selon la Revendication 4, dans lequel la teneur en Ge dans la couche de base varie de façon linéaire entre le bas et une hauteur prédéterminée de la couche de base dans le do- maine de 0 % à 30 %, et varie entre la hauteur prédéterminée et le haut de la couche de base dans le domaine de 30 % à 0 %. 9. Procédé selon la Revendication 1, dans lequel l'étape consistant à former la région de collecteur enfoui conductrice est effectuée avec une énergie de 30 keV, et avec des doses de 6x1015 cm-2 ou plus. 10. Procédé selon la Revendication 1, dans lequel l'étape consistant à déposer le film de siliciure métallique est réalisée en utilisant une cible composite de TiSi2.x à haute pression. 11. Procédé selon la Revendication 10, dans lequel le film de siliciure métallique est com- posé de TiSi2.x et a une épaisseur comprise entre 500 et 4000 À, x étant un entier de 0 à 9. 12. Procédé selon la Revendication 1, dans lequel la région d'émetteur est composée d'une couche de polysilicium conducteur ayant environ 2000 d'épaisseur. 13. Procédé selon la Revendication 1, dans lequel la région d'émetteur a une couche infé- rieure formée par croissance épitaxiale sélective et composée de silicium monocristallin dopé avec une concentration en impureté de 1018 cm-3 ou moins, et une couche supérieure composée d'un polysilicium dopé avec une concentration en impureté de 1020 cm'3 ou plus.