Brevet FR2737341A1 — publié le 19970131

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un transistor bipolaire. Une structure de transistor bipolaire typique comporte un substrat N+, sur un côté duquel est placée une couche N-, le substrat N+ formant le collecteur du dispositif. Une région P+ est formée dans la couche N- afin de former la base du dispositif, et des régions N+ sont formées dans la région P+ pour former l'émetteur du dispositif. L'interface entre le substrat N+ et la couche N- possède un profil de dopage particulier et a été formée de diverses manières. Selon une manière connue, comme représenté sur la figure 1, on fait croître par épitaxie sur le substrat N+ désigné par la référence 1 une mince couche la possédant un niveau de dopage moyen (N) afin d'obtenir un bon comportement d"'aire à fonctionnement sûr en polarisation inverse" (RBSOA). Sur la couche N la, on fait croître une couche N-, désignée par la référence 2, par épitaxie. On réalise ensuite la structure de transistor bipolaire en faisant diffuser la région 3 P+ dans la couche épitaxiale 2 N-, puis en formant des régions 4 N+ dans la région 3 P+. La concentration en atomes de dopage par centimètre cube est représentée par le profil de dopage indiqué sur le diagramme adjacent, en fonction de la profondeur x dans la structure (en microns). Comme on peut le voir, la première couche épitaxiale la possède une épaisseur suffisante pour assurer un bon comportement RBSOA. Selon un autre procédé, comme représenté sur la figure 2, on fait d'abord diffuser des régions N+ 5 dans les deux côtés d'un substrat N- désigné par la référence 6, puis on enlève par usure l'une des couches N+, avant de former la région 7 P+ dans le substrat 6 N-. On forme ensuite des régions 8 N+ dans la région 7 P+, comme précédemment. De nouveau, le profil de dopage est présenté, dans lequel on peut voir que la région 9 N- à faible dopage est tout à fait épaisse, ce qui dégrade les caractéristiques de courant alternatif et de courant continu du dispositif. Les structures résultant de chacun de ces procédés ont des inconvénients de coût, de complexité et d'efficacité, leurs profils de dopage présentant une épaisseur relativement importante pour la région N-, ce qui augmente la tension de saturation et dégrade les caractéristiques de courant alternatif et de courant continu du dispositif. Selon l'invention, il est proposé un procédé de fabrication d'un transistor bipolaire, qui comprend les opérations suivantes: produire une pastille de cristal semiconducteur N-; produire une couche N+ sur un côté de la pastille N-; produire une pastille de cristal semiconducteur N+; lier la pastille de cristal N+ à la couche N+ se trouvant sur la pastille de cristal N-; former une région P+ du côté N- de la structure liée ; et former des régions N+ dans la région P+, les régions N+ formant l'émetteur, la région P+ formant la base et le côté N+ de la structure liée formant le collecteur du transistor. Dans un mode de réalisation préféré, I'opération de liaison comprend les opérations consistant à mettre en contact la pastille de cristal N+ avec la couche N+ se trouvant sur la pastille de cristal N-, puis à traiter thermiquement les pastilles pour les lier ensemble. Le traitement thermique s'effectue de préférence à environ 1200il. Dans le mode de réalisation préféré, les deux pastilles de cristal sont disposées de façon que leurs orientations cristallines diffèrent l'une de l'autre lorsqu'on les lie ensemble. Toutefois, si on le souhaite, on peut lier les deux pastilles de façon qu'elles aient les mêmes orientations cristallines. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 1 est une vue en section droite simplifiée d'un transistor bipolaire pour tension élevée selon la technique antérieure, placé sur un substrat épitaxial, ainsi que le profil de la concentration de dopage qui lui correspond; - la figure 2 est une vue en section droite simplifiée montrant un autre transistor bipolaire pour tension élevée selon la technique antérieure, ainsi que le profil de la concentration de dopage qui lui correspond; - la figure 3 représente de manière simplifiée une opération du processus de fabrication d'un transistor bipolaire selon l'invention, ainsi que le profil de la concentration de dopage qui lui correspond ; et - la figure 4 est une vue en section droite du transistor bipolaire selon l'invention. Ainsi, comme représenté sur la figure 3, selon un mode de réalisation préféré de l'invention, on lie à un substrat 11 N+ un substrat 9 N- ayant une couche 10 N+ prédiffusée ou implantée, comme représenté schématiquement par la flèche 12. Avant la liaison, on nettoie les pastilles de substrat de la manière suivante : d'abord, on effectue une élimination organique, que l'on fait suivre d'une gravure à l'oxyde naissant dans une solution diluée d'acide fluorhydrique (HF), puis on applique un rinçage à l'eau, et enfin un séchage dans l'azote chaud.On met immédiatement en contact les deux surfaces hydrophobes de la pastille l'une avec l'autre, dans une chambre propre de classe 10, le défaut d'orientation des plats des pastilles étant compris entre +2 et -2-. Si cela est souhaitable, on peut lier ensemble deux pastilles ayant des orientations différentes. Alors que les deux pastilles sont en contact à la température ambiante, on leur applique une précontrainte de manière à faire commencer le contact au centre des pastilles et, ainsi, éviter l'apparition de vides pendant le traitement thermique qui fait suite. n faut contrôler la valeur de la contrainte et que celle-ci ne soit pas trop élevée. Ensuite, on effectue le traitement thermique en atmosphère d'azote à 1200in pendant environ 50 min, afin de lier les pastilles. Après cela, on meule une face jusqu'à l'épaisseur voulue pour la couche de dispositifs actifs. On polit ensuite la surface avant de traiter toute la structure. De nouveau, la concentration en atomes de dopage par centimètre cube est représentée par le profil de dopage adjacent, en fonction de la profondeur x dans la structure, en microns. Comme on peut le voir, la région à faible dopage est plus mince que dans la technique antérieure. Par conséquent, la tension de saturation diminue et les caractéristiques de courant alternatif et de courant continu s'améliorent. Sur la figure 4, qui est une vue en section droite simplifiée d'un transistor de puissance bipolaire, les régions identiques à celles présentées sur la figure 3 sont indiquées par les mêmes numéros de référence, afin que l'explication en soit facilitée. Comme décrit ci-dessus, pour fabriquer le transistor, on produit, par diffusion ou implantation dans une couche épaisse d'oxyde se trouvant sur la face avant du substrat 9 N-, une région N+ dopée 10 ayant une concentration élevée en atomes de phosphore. Cette région 10 N+ présente un bon comportement RBSOA, ce qui est important pour certaines applications bipolaires. Cette région 10 N+ assure également un très bon compromis sur les caractéristiques électriques principales, notamment Vcesat (la tension de saturation entre le collecteur et l'émetteur lorsque le transistor fonctionne dans des conditions de saturation), et le temps de stockage (qui est le temps nécessaire pour retirer les charges pendant la commutation, de l'état où la base est dans l'état conducteur à l'état où la base est dans l'état non conducteur). Ces deux paramètres sont fortement diminués par comparaison avec les dispositifs à pastilles épitaxiales ou diffusées, où le gradient de N+ de la deuxième couche épitaxiale est trop élevé.Le temps de descente, c'est-à-dire le temps nécessaire pour que toutes les charges soient retirées du collecteur lors de l'inversion de la jonction base-collecteur, est lui aussi beaucoup plus facile à établir à une valeur ajustée, et il est aussi diminué par comparaison avec les dispositifs fabriqués par la technique épitaxiale, du fait de la recombinaison locale ayant lieu au niveau de l'interface de liaison 12. L'interface de liaison 12 fait fonction d'un contact ohmique dans lequel tous les porteurs minoritaires se recombinent lorsqu'on lie les pastilles suivant la même orientation cristalline, ou fait fonction d'une hétérostructure commandant la bande interdite et la recombinaison Auger lorsqu'on lie les pastilles avec des orientations cristallines différentes, sur par exemple.De cette manière, il n'est plus nécessaire d'utiliser un suppresseur de temps de vie par irradiation d'électrons ou implantation de protons. Avec le procédé de liaison décrit ci-dessus, on lie un substrat 11 N+ au substrat 9 N- sur le côté avant de celui-ci, en contact avec la région 10 N+. On enlève ensuite le substrat lié par usure et on lui applique un poli spéculaire du côté N- avant de fabriquer le transistor bipolaire sur celui-ci. L'épaisseur de la région 9 N- commande la tension de rupture en polarisation inverse. On fait diffuser une région 13 P+ dans la région 9 N- afin de former l'électrode de base du transistor On forme ensuite les régions d'émetteur 14 par diffusion de N+ dans la région 13 P+. On forme une couche d'oxyde 15 sur le silicium, puis on applique une passivation au dispositif à l'aide d'une couche épaisse 16 de silicium polycristallin semi-isolant (SIPOS). A la fin du processus, on forme des contacts 17 et 18, respectivement pour les régions d'émetteur 14 et la région de base 13, par un dépôt d'aluminium. On dépose ensuite une couche de passivation finale 19 sur le côté avant du dispositif. On produit alors un contact de collecteur 20 à l'aide d'un processus de métallisation arrière. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du procédé dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication d'un transistor bipolaire, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: produire une pastille de cristal semiconducteur N- (9); produire une couche N+ (10) sur un côté de la pastille N-; produire une pastille de cristal semiconducteur N+ (11); lier la pastille de cristal N+ à la couche de cristal N+ se trouvant sur la pastille de cristal N- afin de former une structure liée; former une région P+ (13) sur le côté N- de la structure liée ; et former des régions N+ (14) dans la région P+, les régions N+ formant l'émetteur, la région P+ formant la base et le côté N+ de la structure liée formant le collecteur du transistor. 2 - Procédé de fabrication d'un transistor bipolaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération de liaison comprend les opérations consistant à mettre en contact la pastille de cristal N+ avec la couche N+ se trouvant sur la pastille de cristal N-, puis à traiter thermiquement les pastilles pour les lier ensemble. 3 - Procédé de fabrication d'un transistor bipolaire selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on effectue le traitement thermique à environ 1200C. 4- Procédé de fabrication d'un transistor bipolaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les deux pastilles de cristal sont disposées de façon que leurs orientations cristallines soient mutuellement différentes lorsqu'on les lie ensemble. 5 - Procédé de fabrication d'un transistor bipolaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les deux pastilles de cristal sont disposées de façon que leurs orientations cristallines soient les mêmes lorsqu'on les lie ensemble.