Brevet FR3153688A1 — publié le 20250404

Procédé de fabrication d'un transistor bipolaire La présente description concerne un procédé de fabrication d'un transistor bipolaire (10) comprenant : a. la formation, sur un substrat (12), d'un premier empilement de couches comprenant une première couche (18) en le matériau de la base du transistor bipolaire entre des deuxième (16) et troisième (20) couches isolantes ; b. la formation d'une première cavité (22) traversant le premier empilement de manière à atteindre le substrat (12), l'étape de formation de la première cavité (22) ne comprend la gravure d'aucune couche recouvrant la première couche (18) autre que la troisième couche (20) ; et c. la formation d'une première portion (26) du collecteur du transistor bipolaire et d'une deuxième portion (28) de la base du transistor bipolaire dans la première cavité. Figure pour l'abrégé : Fig. 3 Procédé de fabrication d'un transistor bipolaire La présente description concerne de façon générale les dispositifs électroniques et leurs procédés de fabrication et plus précisément les transistors bipolaires et leurs procédés de fabrication. Un transistor bipolaire est un dispositif électronique à base de semi-conducteur de la famille des transistors. Son principe de fonctionnement est basé sur deux jonctions PN, l'une en direct et l'autre en inverse. Les procédés de fabrication des transistors bipolaires peuvent être problématiques. Par exemple, la gravure d'un empilement épais de couches lors de la formation de l'émetteur peut entrainer la formation de couches non planes. De telles couches peuvent causer des problèmes lors de la formation de contacts. Un mode de réalisation prévoit un procédé de fabrication d'un transistor bipolaire comprenant : a. la formation, sur un substrat, d'un premier empilement de couches comprenant une première couche en le matériau de la base du transistor bipolaire entre des deuxième et troisième couches isolantes ; b. la formation d'une première cavité traversant le premier empilement de manière à atteindre le substrat, l'étape de formation de la première cavité ne comprend la gravure d'aucune couche recouvrant la première couche autre que la troisième couche ; etc. la formation d'une première portion du collecteur du transistor bipolaire et d'une deuxième portion de la base du transistor bipolaire dans la première cavité. Selon un mode de réalisation, les première et deuxième portions sont formées par croissance épitaxiale. Selon un mode de réalisation, la première portion est plus proche du fond de la première cavité que la deuxième portion. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend, après l'étape c., une étape d. de formation d'une quatrième couche isolante recouvrant une face supérieure de la troisième couche et une face supérieure de la deuxième portion, la quatrième couche comprenant une ouverture découvrant une partie d'une face supérieure de la deuxième portion. Selon un mode de réalisation, la quatrième couche est plane. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend, après l'étape d., une étape e. de formation d'un deuxième empilement de couches comprenant une cinquième couche en le matériau de l'émetteur du transistor bipolaire et une sixième couche isolante recouvrant la cinquième couche. Selon un mode de réalisation, la cinquième couche est en contact avec la quatrième couche et remplit l'ouverture dans la quatrième couche. Selon un mode de réalisation, l'épaisseur de la cinquième couche est sensiblement égale à dix fois l'épaisseur de la quatrième couche. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend la gravure partielle des quatrième, cinquième et sixième couches. Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la FIG. 1 représente un dispositif résultant d'une étape d'un procédé de fabrication d'un transistor bipolaire ; la FIG. 2 représente un dispositif résultant d'une autre étape du procédé de fabrication du transistor bipolaire ; la FIG. 3 représente un dispositif résultant d'une autre étape du procédé de fabrication du transistor bipolaire ; la FIG. 4 représente un dispositif résultant d'une autre étape du procédé de fabrication du transistor bipolaire ; la FIG. 5 représente un dispositif résultant d'une autre étape du procédé de fabrication du transistor bipolaire ; la FIG. 6 représente un dispositif résultant d'une autre étape du procédé de fabrication du transistor bipolaire ; la FIG. 7 représente un dispositif résultant d'une autre étape du procédé de fabrication du transistor bipolaire ; la FIG. 8 représente un dispositif résultant d'une autre étape du procédé de fabrication du transistor bipolaire ; la FIG. 9 représente un dispositif résultant d'une autre étape du procédé de fabrication du transistor bipolaire ; et la FIG. 10 représente un dispositif résultant d'une autre étape du procédé de fabrication du transistor bipolaire. De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques. Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés (en anglais "coupled") entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments. Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures. Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près. Sauf précision contraire, les expressions "conducteur" et "isolant" signifient "conducteur électriquement" et " isolant électriquement". Les figures 1 à 10 représentent des étapes, de préférence successives, d'un procédé de fabrication d'un transistor bipolaire 10. La FIG. 1 représente un dispositif résultant d'une étape d'un procédé de fabrication du transistor bipolaire 10. Au cours de cette étape, un substrat 12 est constitué. Le substrat 12 constitue le substrat dans et sur lequel sera formé le transistor 10. Le substrat 12 est par exemple en un matériau semiconducteur, par exemple en silicium, par exemple en silicium dopé avec des dopants de type N. Une portion du substrat correspond par exemple à une portion du collecteur du transistor bipolaire 10. L'étape de la FIG. 1 comprend par exemple la formation d'une tranchée d'isolation 14. La tranchée 14 est par exemple une tranchée d'isolation peu profonde simple (simple shallow trench insulation – SSTI). La tranchée 14 correspond à une région isolante située dans le substrat 12, de préférence en surface du substrat 12. Ainsi, une face supérieure de la tranchée 14 est coplanaire avec une face supérieure du substrat 12. La région 14 est de préférence en un oxyde, par exemple en oxyde de silicium. L'étape de la FIG. 1 comprend en outre la formation d'une couche isolante 16 sur la structure. Plus précisément, la couche 16 recouvre la face supérieure du substrat 12 et de la tranchée 14. La couche 16 recouvre de préférence entièrement la tranchée 14. La couche 16 est de préférence en contact avec la tranchée 14 et avec le substrat 12. La couche 16 est de préférence en le même matériau que la région 14. La somme des épaisseurs de la couche 14 et de la tranchée 14 est de préférence inférieure à 70 nm, par exemple sensiblement égale à 50 nm. L'étape de la FIG. 1 comprend en outre la formation d'une couche 18. La couche 18 est en le matériau de la base du transistor 10. La couche 18 est par exemple en un matériau semiconducteur. La couche 18 est par exemple en silicium polycristallin, par exemple dopé de type P. La couche 18 recouvre au moins la tranchée 14. La couche 18 est de préférence en contact avec la couche 16. La couche 18 s'étend de préférence sur toute la couche 16. L'étape de la FIG. 1 comprend la formation d'une couche 20. La couche 20 est en un unique matériau, de préférence un matériau homogène. La couche 20 est de préférence une couche unique et n'est de préférence pas composée d'autres couches. La couche 20 est une couche isolante. La couche 20 est par exemple en nitrure de silicium. La couche 20 recouvre au moins la tranchée 14. De préférence, la couche 20 s'étend sur toute la couche 18. La couche 20 repose sur, et est en contact avec, la couche 18. De préférence, la couche 20 n'est pas séparée, même partiellement, de la couche 18 par une autre couche ou portion de couche. La somme des épaisseurs de la tranchée 14 et des couches 16, 18 et 20 est de préférence inférieure à 230 nm, de préférence inférieure à 200 nm, de préférence inférieure ou sensiblement égale à 150 nm. La FIG. 2 représente un dispositif résultant d'une autre étape du procédé de fabrication du transistor bipolaire 10. L'étape de la FIG. 2 comprend une étape de gravure de la structure de manière à atteindre le substrat 12 au niveau de la tranchée 14. Autrement dit, l'étape de la FIG. 2 comprend la formation d'une cavité 22. La cavité 22 traverse un empilement comprenant les couches 16, 18, 20 et la tranchée 14. La cavité atteint ainsi le substrat 12. Le fond de la cavité 22 est ainsi constitué d'une portion de substrat 12. Le fond de la cavité 22 est de préférence sensiblement coplanaire avec la face inférieure de la tranchée 14. Ledit empilement ne comprend de préférence pas d'autre couche que les couches 16, 18, 20 et la tranchée 14. Ledit empilement comprend une unique couche, c’est-à-dire la couche 20, au-dessus de la couche 18. Autrement dit, lors de l'étape de gravure de l'empilement, la couche 18 n'est recouverte, par exemple au moins en regard de la tranchée 14, par exemple au moins en regard de l'emplacement du transistor bipolaire, que de la couche isolante 20. L'étape de gravure de l'étape 2 ne comprend la gravure d'aucune couche recouvrant la couche 18 autre que la couche 20. La hauteur de la cavité 22 est de préférence inférieure à 230 nm, de préférence inférieure à 200 nm, de préférence inférieure ou sensiblement égale à 150 nm. L'étape de la FIG. 2 peut, optionnellement, comprendre la formation d'espaceurs 24. Les espaceurs 24 sont situés sur les parois latérales de la cavité 22. Les espaceurs recouvrent les parois latérales des couches dans la cavité 22. Ainsi, les parois latérales des couches 16, 18, 20 et de la tranchée 14 formant les parois de la cavité 22 sont recouvertes, par exemple entièrement recouvertes, par les espaceurs 24. La FIG. 3 représente un dispositif résultant d'une autre étape du procédé de fabrication du transistor bipolaire. L'étape de la FIG. 3 comprend une étape de croissance épitaxiale du substrat 12 dans la cavité 22. L'étape de la FIG. 3 comprend ainsi la formation d'une région 26 dans la cavité 22. La région 26 s'étend de préférence du fond de la cavité 22 à un niveau supérieur au niveau de la face supérieure de la couche 18, et de préférence inférieur au niveau de la face supérieure de la couche 20. Les parois latérales de la couche 18 situées au niveau des parois latérales de la cavité 22 sont ainsi entièrement séparées par la région 26 et les espaceurs 24. La région 26 est en contact avec le substrat 12 et avec les espaceurs 24. La région 26 est ainsi séparée des couches 16, 18, 20 et de la tranchée 14 par les espaceurs 24. La région 26 est en un matériau semiconducteur, par exemple en silicium, par exemple en silicium dopé de type N. La région 26 est de préférence en le matériau du substrat 12. La région 26 correspond de préférence à une portion du collecteur du transistor bipolaire 10. La FIG. 4 représente un dispositif résultant d'une autre étape du procédé de fabrication du transistor bipolaire. L'étape de la FIG. 4 comprend la gravure partielle des espaceurs 24. Plus précisément, les portions des espaceurs situées au-dessus du niveau de la face supérieure de la région 26 sont gravées. Ainsi, les faces supérieures des espaceurs 24 sont de préférence, après gravure, sensiblement coplanaire avec la face supérieure de la région 26. L'étape de la FIG. 4 comprend en outre la formation d'une région 28. La région 28 est par exemple par croissance épitaxiale, par exemple à partir de la région 26. La région 28 remplit de préférence la cavité 22. La région 28 s'étend de préférence du niveau des faces supérieures des espaceurs 24 et de la région 26. La région 28 s'étend entre les faces latérales de la couche 20 situées dans la cavité 22. Ainsi, la région 28 est latéralement en contact avec la couche 20, de préférence uniquement avec la couche 20. De préférence, la région 28 n'est de préférence pas en contact avec la couche 18. La région 28 est en contact avec la région 26 et les espaceurs 24. La face supérieure de la structure, correspondant à la face supérieure de la région 28 et la face supérieure de la couche 20, est de préférence plane. La région 28 est en un matériau semiconducteur, par exemple en silicium, par exemple en silicium dopé de type P. La région 28 correspond à une portion de la région de base du transistor 10. La FIG. 5 représente un dispositif résultant d'une autre étape du procédé de fabrication du transistor bipolaire. Au cours de cette étape, une couche 30 est formée sur la structure. Plus précisément, la couche 30 recouvre de préférence la face supérieure de la couche 20 et la face supérieure de la région 28. La couche 30 recouvre par exemple entièrement la couche 20 et la région 28. La couche 30 est de préférence en contact avec la région 28 et la couche 20, de préférence avec toute la face supérieure de la région 28 et de la couche 20. La couche 30 est par exemple en le même matériau que la couche 16. La couche 30 est par exemple en oxyde de silicium. La couche 30 a par exemple une épaisseur comprise entre 4 nm et 20 nm. L'étape de la FIG. 5 comprend en outre la formation d'une couche 32. La couche 32 recouvre de préférence la couche 30, de préférence entièrement la couche 30. La couche 32 est de préférence en contact avec la couche 30, de préférence en contact avec toute la couche 30. La couche 32 est de préférence en le même matériau que la couche 20, par exemple en nitrure de silicium. Les couches 30 et 32 sont de préférence en des matériaux différents. Le matériau de la couche 32 est de préférence en un matériau gravable sélectivement par rapport au matériau de la couche 30. Par gravable sélectivement, on entend que le matériau de la couche 32 peut être gravé, par un procédé de gravure, au moins deux fois plus vite que le matériau de la couche 30, par exemple au moins dix fois plus vite. L'épaisseur de la couche 32 est par exemple comprise entre 8 nm et 40 nm. La FIG. 6 représente un dispositif résultant d'une autre étape du procédé de fabrication du transistor bipolaire. Au cours de cette étape, une cavité 34 est formée dans les couches 30 et 32, de préférence uniquement dans les couches 30 et 32. La cavité 34 est située en regard de la cavité 22. Autrement dit, la cavité 34 est située en regard des régions 26 et 28. La cavité 34 s'étend sur toute la hauteur des couches 30 et 32. La cavité 34 atteint ainsi la région 28. Le fond de la cavité 34 est constitué de la face supérieure de la région 28, de préférence uniquement de la face supérieure de la région 28. Les parois latérales de la cavité 34 sont constituées par des parois latérales des couches 30 et 32. La couche 32 est par exemple gravée physiquement par une succession d’un procédé de photolithographie puis de gravure sèche. La couche 32 sert ensuite de masquage à une étape de gravure humide (isotrope) de la couche 30. Les dimensions de la cavité 34, en particulier les dimensions horizontales, c'est-à-dire par exemple dans un plan parallèle au plan de la face supérieure de la couche 20, sont par exemple inférieures aux dimensions de la cavité 22, en particulier aux dimensions horizontales de la cavité 22. Ainsi, une partie de la face supérieure de la région 28 n'est pas découverte par la gravure formant la cavité 34. Autrement dit, une portion des couches 30, 32, de préférence une portion située en regard de la région 28 et entourant la cavité 34, n'est pas gravée au cours de l'étape de la FIG. 6 . La FIG. 7 représente un dispositif résultant d'une autre étape du procédé de fabrication du transistor bipolaire. Au cours de cette étape, la couche 32 est retirée. La couche 30 est ainsi découverte. De préférence, la couche 32 est entièrement retirée. La couche 30 est ainsi de préférence entièrement découverte. La cavité 34 est ainsi remplacée par une cavité, ou ouverture, 34' correspondant à la partie de la cavité 34 définie par la couche 30 et la région 28. La FIG. 8 représente un dispositif résultant d'une autre étape du procédé de fabrication du transistor bipolaire. Au cours de cette étape, une couche 36 est formée sur la structure. Plus précisément, la couche 36 recouvre de préférence la face supérieure de la couche 30 et le fond et les parois de la cavité 34'. La couche 36 recouvre ainsi de préférence la face supérieure de la couche 30, les parois latérales de la couche 30 formant les parois latérales de la cavité 34' et la portion de la face supérieure de la région 28 formant le fond de la cavité 34'. La couche 36 recouvre par exemple entièrement la couche 30 et les parois et le fond de la cavité 34'. La couche 36 est de préférence en contact avec la région 28 dans la cavité 34' et la couche 30. La couche 36 est en le matériau de la région d'émetteur du transistor bipolaire 10. La couche 36 est par exemple en silicium polycristallin, par exemple en silicium polycristallin dopé de type N. La couche 36 a par exemple une épaisseur comprise entre 50 nm et 100 nm. La couche 30 est par exemple sensiblement dix fois plus petite que la couche 36. L'étape de la FIG. 8 comprend en outre la formation d'une couche 38. La couche 38 recouvre de préférence la couche 36, de préférence entièrement la couche 36. La couche 38 est de préférence en contact avec la couche 36, de préférence en contact avec toute la couche 36. La couche 38 est de préférence en le même matériau que la couche 30, par exemple en oxyde de silicium. La couche 30 ayant une épaisseur faible par rapport à l'épaisseur de la couche 36, la face supérieure de la couche 36 est sensiblement plane et ne comprend pas de dépression. On aurait pu choisir, comme dans des procédés habituels, de former, à l'étape de la FIG. 1 , un empilement d'un plus grand nombre de couches isolantes, de manière à former des éléments isolants en forme de L sur la face supérieure de la région 28 de manière à délimité la cavité 34'. Les couches 36 et 38 ne seraient alors pas planes et formeraient une dépression au niveau de la cavité 34'. Une telle dépression entrainerait des problèmes de contact avec l'émetteur du transistor bipolaire. La FIG. 9 représente un dispositif résultant d'une autre étape du procédé de fabrication du transistor bipolaire. Au cours de cette étape, les couches 30, 36, 38 sont gravées partiellement. Autrement dit, les couches 30, 36, 38 sont entièrement gravées à l'exception de portions de chacune de couches 30, 36, 38 situées en regard de la région 28. Les couches 38 et 36 sont par exemple gravées par une succession de photolithographie et gravure sèche (anisotrope). La couche 30 sert de couche d’arrêt à cette gravure. Ensuite, la couche 30 est gravée par chimie humide (isotrope). Ainsi, la suite de la gravure partielle des couches 30, 36, 38, une portion de chaque couche 30, 36, 38 est maintenu en regard de la région 28. Ladite portion de la couche 30 entoure et délimite la cavité 34'. La portion de la couche 36 remplit la cavité 34' et recouvre de préférence entièrement la portion de la couche 30. La portion de la couche 38 recouvre de préférence entièrement la couche 36. Les portions des couches 30, 36, 38 ont de préférence des parois latérales coplanaires. De préférence, une portion de la face supérieure de la région 28, par exemple une portion entourant la portion recouverte par la portion de la couche 30, n'est pas recouverte par les portions de couches 30, 36, 38. L'étape de la FIG. 9 comprend en outre la formation d'une couche 40 en un matériau isolant, par exemple le même matériau que la couche 16, par exemple en oxyde de silicium. La couche 40 recouvre les parois latérales des portions de couches 30, 36, 38 et la face supérieure de la portion de couche 38. La couche 40 recouvre par exemple une portion de la face supérieure de la région 28 entourant les portions de couches 30, 36, 38. La couche 40 ne recouvre pas la couche 20. L'étape de la FIG. 9 comprend ensuite le retrait, par exemple par gravure, de la couche 20. La couche 20 est de préférence entièrement retirée. Au moins une portion de la couche 20 entourant la région 28 est retirée. Au moins une portion de la couche 18 entourant la région 26 est ainsi découverte. L'étape de la FIG. 9 comprend ensuite la croissance épitaxiale de la couche 18. La croissance de la couche 18 est maintenue jusqu'à ce que la couche 18 soit en contact latéral avec la région 28. Ainsi, la face supérieure de la couche 18 est à un niveau supérieur au niveau de la face inférieure de la région 28. De préférence, la face supérieure de la couche 18 est à un niveau inférieur au niveau de la face supérieur de la région 28. Par exemple, la face supérieure de la couche 18 et la face supérieure de la région 28 sont coplanaires. La FIG. 10 représente un dispositif résultant d'une autre étape du procédé de fabrication du transistor bipolaire. Au cours de cette étape, les couches 16 et 18 sont partiellement gravées. Plus précisément, les couches 16 et 18 sont partiellement gravées de manière à découvrir la face supérieure du substrat 12. La couche 16 est par exemple gravée de manière à ce qu'une portion de la couche 16 recouvre au moins partiellement la tranche 14. Ainsi, les portions de la couche 16 recouvrant le substrat 12 autour de la tranchée 14 sont retirés. De plus, la couche 18 est gravée partiellement de manière à ce qu'une portion de la couche 18 entourant la région 28, soit maintenue. Ainsi, ladite portion de la couche 18 entoure la région 28 et est en contact latéral avec la région 28. L'étape de la FIG. 10 comprend en outre la formation de plot de contact. En particulier, l'étape de la FIG. 10 comprend : - la formation de plots de contact 42, reposant sur le substrat 12 et correspondant à des plots de contact de collecteur ; - la formation de plots de contact 44, reposant sur la couche 18 et correspondant à des plots de contact de base ; - la formation de plots de contact non représentés, reposant sur la couche 36 et correspondant à des plots de contact d'émetteur. Un avantage des modes de réalisation décrits est que la gravure de la cavité 22 implique la gravure d'un empilement moins épais et donc plus facile à graver. Il est donc possible de faire une cavité plus petite, par exemple ayant des dimensions critiques inférieures à 200 nm. Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d’autres variantes apparaîtront à la personne du métier. Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de la personne du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus. Procédé de fabrication d'un transistor bipolaire (10) comprenant : a. la formation, sur un substrat (12), d'un premier empilement de couches comprenant une première couche (18) en le matériau de la base du transistor bipolaire entre des deuxième (16) et troisième (20) couches isolantes ; b. la formation d'une première cavité (22) traversant le premier empilement de manière à atteindre le substrat (12), l'étape de formation de la première cavité (22) ne comprend la gravure d'aucune couche recouvrant la première couche (18) autre que la troisième couche isolante (20) ; et c. la formation d'une première portion (26) du collecteur du transistor bipolaire et d'une deuxième portion (28) de la base du transistor bipolaire dans la première cavité. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les première (26) et deuxième (28) portions sont formées par croissance épitaxiale. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la première portion (26) est plus proche du fond de la première cavité (22) que la deuxième portion (28). Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le procédé comprend, après l'étape c., une étape d. de formation d'une quatrième couche isolante (30) recouvrant une face supérieure de la troisième couche (20) et une face supérieure de la deuxième portion (28), la quatrième couche (30) comprenant une ouverture (34') découvrant une partie d'une face supérieure de la deuxième portion (28). Procédé selon la revendication 4, dans lequel la quatrième couche (30) est plane. Procédé selon la revendication 4 ou 5, dans lequel le procédé comprend, après l'étape d., une étape e. de formation d'un deuxième empilement de couches comprenant une cinquième couche (36) en le matériau de l'émetteur du transistor bipolaire et une sixième couche (38) isolante recouvrant la cinquième couche (36). Procédé selon la revendication 6, dans lequel la cinquième couche (36) est en contact avec la quatrième couche (30) et remplit l'ouverture (34') dans la quatrième couche (30). Procédé selon la revendication 6 ou 7, dans lequel l'épaisseur de la cinquième couche (36) est sensiblement égale à dix fois l'épaisseur de la quatrième couche (30). Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel le procédé comprend la gravure partielle des quatrième (30), cinquième (36) et sixième (38) couches.