FR2645348A1 - Procede pour la fabrication d'un dispositif a semi-conducteur du type a induction statique et dispositif obtenu de cette maniere - Google Patents
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Abstract
Dans le procédé selon la présente invention on forme des zones 13 d'électrode de commande sur la surface avant d'un substrat semi-conducteur 11, on recouvre la surface comprenant les zones d'électrode de commande avec un film d'oxyde 14, on forme à travers le film d'oxyde des ouvertures 15 pour obtenir des zones 16 de cathode dans le substrat, les ouvertures recouvrant partiellement chaque zone d'électrode de commande, et on forme les zones de cathode par une diffusion thermique d'impureté que l'on effectue à travers les ouvertures, les zones de cathode recouvrant ainsi partiellement les zones d'électrode de commande. On peut ainsi stabiliser la concentration de l'impureté ainsi que la profondeur de la diffusion dans les zones de diffusion d'impureté ainsi obtenues et, finalement, on peut obtenir un dispositif semi-conducteur du type à induction statique et du mode à enrichissement ayant des caractéristiques électriques stables.
Description
PROCEDE POUR LA FABRICATION D'UN DISPOSITIF A SEMI-
CONDUCTEUR DU TYPE A INDUCTION STATIQUE ET DISPOSITIF
OBTENU DE CETTE MANIERE
La présente invention concerne un procédé pour fabriquer un dispositif semi-conducteur du type à
induction statique c'est-à-dire un dispositif semi-
conducteur à effet de champ à électrode de commande à jonction, comme par exemple les transistors JIT, et elle a trait aux dispositifs semiconducteurs fabriqués de
cette manière.
Le dispositif semi-conducteur du type à induction statique dont il est question peut être utilisé efficacement dans un circuit qui a recours, par exemple,
à un dispositif semi-conducteur du mode à enrichissement.
Un exemple du dispositif semi-conducteur du type à induction statique dont il est question a été décrit dans la Demande de Brevet Japonais N 54-92180 ouverte à l'Inspection Publique et selon laquelle on effectue un oxydation mesa en oxydant sélectivement les surfaces d'un substrat semiconducteur pour y former des électrodes de commande et on fait adhérer des cristaux de silicium conducteur au moyen du procédé CVD (dépôt de vapeurs chimiques) ou autre procédé analogue à des parties de la surface constituant des drains. Toutefois, dans ce dispositif connu, le problème est que les caractéristiques électriques se révèlent instables en raison de la profondeur des zones de drains ou en raison
de la trop grande valeur de la résistance superficielle.
En d'autres termes, il y a de grandes probabilités pour que le profil d'impureté, à savoir la concentration et la profondeur de diffusion de l'impureté, ne soit ni stable ni uniforme lors de l'adhérence du cristal de silicium conducteur à la surface du substrat semi-conducteur et
lors de sa diffusion thermique dans ce substrat.
Dans le semi-conducteur du type à induction statique décrit ci-dessus, les caractéristiques de tension de régime entre l'électrode de commande et le drain dépendent de la distance par rapport à la position o est formé le drain et de la concentration de l'impureté, en particulier de la partie conjuguée entre ies zones d'impureté hétérogènes, mais le problème est que cette distance et la concentration sont amenées à varier en raison du profil instable de l'impureté, ce qui rend instable la tension de régime entre l'électrode de
commande et le drain. En outre, dans le dispositif semi-
conducteur du type à induction statique décrit précédemment, la tension de seuil de l'électrode de commande dépend de la largeur du canal entre les zones de diffusion d'impureté, telles que les zones d'électrode de commande, ce qui fait que dans le dispositif semi- conducteur du mode à enrichissement, il est souhaitable que la largeur du canal soit aussi faible que possible, tandis que le problème posé par le profil instable de l'impureté est d'autant plus prononcé que la largeur du
canal est plus petite.
D'autres dispositifs semi-conducteurs du type à induction statique sont décrits dans la Demande de Brevet Japonais N' 60-955 ainsi que dans la Demande de Brevet Japonais N' 56-71979 ouverte à l'Inspection Publique, mais ces dispositifs ne sont pas encore d'un meilleur niveau que celui du dispositif précité de la Demande de Brevet Japonais N' 54-92180 et n'apportent pas une
solution au problème du dispositif connu.
La présente invention a pour objet principal un procédé pour fabriquer un dispositif semi-conducteur du type à induction statique du mode à enrichissement ainsi qu'un dispositif semi-conducteur fabriqué à l'aide de ce procédé, le profil d'impureté dans ce dispositif, à savoir la concentration de l'impureté et sa profondeur de diffusion, pouvant être fixé à une valeur sensiblement uniforme, de sorte que les caractéristiques de tension de régime entre l'électrode de commande et la cathode peuvent être stabilisées et la largeur de canal peut être réduite de façon suffisante pour que le dispositif puisse être utilisé comme dispositif du mode à enrichissement afin que l'on puisse régler de façon optimale la tension de seuil de l'électrode de commande. Selon la présente invention, on atteint l'objectif ci-dessus grâce à un procédé de fabrication de dispositif semi-conducteur du type & induction statique et du mode à enrichissement, procédé dans lequel on forme des zones de diffusion d'impureté constituant des zones d'électrode de commande sur la face avant d'un substrat semi-conducteur, on forme aussi d'autres zones d'impureté constituant des
zones de cathode sur la face avant du substrat semi-
conducteur, on forme des électrodes de commande sur les zones de diffusion d'impureté constituant les zones d'électrode de commande, on forme des électrodes de cathode sur les zones de diffusion d'impureté constituant les zones de cathode, et on forme une électrode d'anode sur une zone de diffusion d'impureté réalisée sur la face arrière du substrat de manière à constituer une zone d'anode, caractérisé en ce que l'on forme les zones de diffusion d'impureté constituant les zones de cathode de manière telle qu'un film d'oxyde recouvre la face arrière du substrat o sont formées les zones de diffusion d'impureté constituant les zones d'électrode de commande, on ménage, dans le film d'oxyde, des ouvertures pour former les zones de diffusion d'impureté constituant les zones de cathode, on forme les zones de diffusion d'impureté constituant les zones de cathode au moyen d'une diffusion thermique d'une impureté introduite par les ouvertures dans la face avant, de manière que les zones de cathode recouvrent partiellement les zones de diffusion d'impureté constituant les zones d'électrode de commande, on dépose un mince film d'oxyde à l'intérieur des ouvertures et on forme les électrodes de cathode par une attaque à l'acide effectuée de manière à éliminer
sélectivement le mince film d'oxyde dans les ouvertures.
Grâce au procédé décrit ci-dessus de fabrication du dispositif semiconducteur du type à induction statique, on peut réduire à un minimum les variations de la concentration ou de la profondeur de diffusion de l'impureté à l'aide des zones de diffusion d'impureté constituant les zones de cathode, grâce au fait que les zones de diffusion d'impureté constituant les zones de cathode sont formées de manière à recouvrir partiellement les zones de diffusion d'impureté constituant les zones d'électrode de commande, grâce à quoi on peut stabiliser le profil d'impureté avec pour conséquence une stabilisation efficace des caractéristiques électriques, même lorsque la largeur du canal entre les zones de diffusion d'impureté respectives constituant les zones
d'électrode de commande est plus petite.
D'autres objets et avantages de la présente
invention apparaîtront clairement dans la description
donnée ci-après en référence aux dessins annexés, sur lesquels: les figures la à lg sont des schémas expliquant la séquence des étapes essentielles formant le procédé de fabrication du dispositif semiconducteur du type à induction statique selon la présente invention; les figures 2a à 2c sont des schémas expliquant, à l'aide d'une partie appropriée du dispositif, la séquence des étapes grace auxquelles le dispositif semi-conducteur du type à induction statique est du mode à enrichissement conformément au procédé de la présente invention; la figure 3 montre, d'une façon plus détaillée, le dispositif semi- conducteur du type à induction statique du mode à enrichissement fabriqué suivant les étapes de la figure 2; et la figure 4 est un graphique montrant le profil d'impureté dans les zones de diffusion d'impureté respectives constituant les zones d'électrode de commande et de cathode dans le dispositif semi-conducteur du type à induction statique du mode à enrichissement représenté
sur la figure 3.
En se référant aux figures la à lg, on voit que l'on y a représenté les étapes essentielles du procédé de fabrication d'un thyristor à induction statique du type à électrode de commande, ou gâchette, superficielle en tant que dispositif semi-conducteur du type à induction statique selon la présente invention. Dans le présent cas, comme représenté sur la figure la, on forme sur la face arrière d'un substrat semi-conducteur 11 en silicium du type N- une zone 12 de diffusion d'impureté du type P, constituant une zone d'anode puis on forme sur l'autre face, ou face avant du substrat 11, des zones 13 de diffusion d'impureté du type P+ constituant des zones d'électrode de commande ou zones de gâchette et, en outre, un film d'oxyde 14 de manière qu'il recouvre les zones 13 de la face avant. Ensuite, comme représenté sur la figure lb,on pratique des ouvertures 15 d'implantation d'ions à travers le film 14 d'oxyde, de manière que ces ouvertures découvrent la surface du substrat 11 entre les zones adjacentes 13 de diffusion d'impureté du type P+ tout en recouvrant partiellement les zones 13, on introduit une impureté du type P, telle que du phosphore, dans la surface découverte du substrat et on soumet l'impureté introduite à une diffusion thermique et à une activation à l'intérieur d'une atmosphère de gaz N2. Par conséquent, comme représenté sur la figure lc, des zones 16 de diffusion d'impureté du type N+, constituant les zones de cathode, sont formées de manière à être pourvues d'une tension de régime de jonction en sens inverse vis-à-vis des zones 13 de diffusion d'impureté du type P+ constituant les zones de gâchette, puis on ferme les ouvertures 15 avec un mince film 14a d'oxyde d'environ plusieurs dizaines de nm de manière à recouvrir les zones 16. En d'autres termes, dans le cas o l'on soumet le substrat à la diffusion thermique dans l'atmosphère gazeuse Nz, il se forme un très mince film d'oxyde naturel à l'intérieur des ouvertures 15. Dans le présent cas, on utilise une implantation d'ions pour diriger l'impureté dans les ouvertures 15 en vue de former des zones de cathode, mais on peut utiliser tout autre procédé, par exemple un procédé de dépôt avec POC13 qui
est une source liquide.
Ensuite, comme représenté sur la figure ld, on pratique des ouvertures de contact 17 pour former des électrodes de porte à travers le film 14 d'oxyde sur la face avant du substrat semi-conducteur 11 en silicium, afin de découvrir partiellement les zones 13 de diffusion d'impureté du type P+, de préférence au moyen d'une attaque à l'acide effectuée avec un photomasquage réalisé sur le film 14. Du fait que les zones 13 de diffusion d'impureté du type P+ constituant les zones de gâchette ont été formées de manière à être diffusées sur une profondeur relativement importante dans le substrat 11 en semi-conducteur du type N- et à présenter une dimension relativement grande dans le sens de la largeur sur la face avant du substrat 11, la formation des ouvertures de contact 17 dans le film 14 d'oxyde au-dessus des zones respectives 13 peut être effectuée très facilement avec une certaine tolérance dimensionnelle. Après cette formation des ouvertures 17, on élimine, à des endroits choisis, le mince film 14a d'oxyde déposé dans les ouvertures 15 afin de réaliser des ouvertures de contact a pour former les électrodes de cathode. Dans ce cas, il est possible de réaliser les ouvertures de contact 15a uniquement au moyen d'une légère attaque à l'acide sans avoir recours au photomasquage sur le mince film 14a d'oxyde. On peut atteindre l'état représenté sur la figure le, o sont formées les ouvertures de contact 17 pour la réalisation des électrodes de gâchette et les ouvertures de contact 15a pour la réalisation des électrodes de cathode sur le substrat semi-conducteur 11, en effectuant la légère attaque à l'acide, par exemple pendant 30 secondes, avec une solution de HF:H20=1:10. Il est possible de former pratiquement de la même manière les ouvertures précitées 15 d'implantation d'ions ainsi que les ouvertures de contact 15a pour la réalisation des
électrodes de cathode.
Ensuite, comme représenté sur la figure lf, on forme simultanément des électrodes de cathode 20 et des
électrodes de gâchette 21 en aluminium, respectivement.
En outre, comme représenté sur la figure lg, on forme une électrode d'anode 22 sur la zone 12 à impureté du type P
se trouvant sur la face arrière du substrat semi-
conducteur 11 et on peut ainsi achever le thyristor à induction statique du type à gâchette superficielle. Le film 14 d'oxyde a pour but ici de constituer une couche isolante. On comprendra facilement que, dans le thyristor à induction statique préparé suivant les étapes de fabrication décrites ci-dessus, il est possible de commander, en réglant la tension appliquée à l'électrode de gâchette 21, l'intensité du courant électrique circulant à travers une zone de résistance spécifique élevée, c'est-àdire une zone de base que comporte le substrat semi-conducteur 11 en silicium et que l'on peut commander en réglant la tension appliquée aux électrodes 21 de gâchette. En outre, alors que dans les étapes de fabrication décrites ci-dessus conformément à la présente invention, les ouvertures de contact 17 pour la réalisation des électrodes de gâchette ont été décrites comme étant formées avant les ouvertures de contact 15 pour la réalisation des électrodes de cathode, il est possible, bien entendu, de ménager ces ouvertures de contact 17 après la formation des ouvertures de contact
a pour la réalisation des électrodes de cathode.
En se référant maintenant aux figures 2a à 2c, on voit que l'on y a représenté les étapes principales d'un procédé plus concret de fabrication de thyristor à induction statique du mode à enrichissement selon la présente invention. Dans le thyristor à induction statique du mode à enrichissement, en particulier, une capacité relativement importante de courant est demandée, de sorte que les ouvertures 15 d'implantation d'ions pour la réalisation des zones de cathode doivent être plus larges, tandis que la largeur de canal Cd entre celles adjacentes des zones 13 de diffusion d'impureté constituant les zones de gâchette doit avoir une valeur minimale, de sorte que l'agencement est tel que la superficie de chaque ouverture 15 pour la réalisation de la zone de cathode recouvre ou chevauche partiellement celles adjacentes des zones 13 de diffusion d'impureté constituant les zones de gâchette. Dans ce cas, les étapes de fabrication elles-mêmes peuvent être identiques à celles des figures la à lg mais, pour obtenir le thyristor du type à enrichissement il est nécessaire, dans la pratique, de réaliser les ouvertures 15 d'implantation d'ions, de manière que chaque ouverture 15 d'implantation d'ions recouvre partiellement les zones adjacentes 13 de diffusion d'impureté formant les zones de gâchette, la largeur Cd de canal étant relativement faible, afin de découvrir les parties d'angle mutuellement opposées des zones 13, comme représenté sur la figure 2a. L'implantation d'ions est ensuite effectuée à travers les ouvertures 15 à l'aide d'une impureté du type N, telle que le phosphore, la diffusion thermique des ions implantés et leur activation sont effectuées dans une atmosphère de gaz N2 et les zones 16 de diffusion d'impureté du type N+ pour la formation des zones de cathode se trouvant ainsi réalisées, comme représenté sur la figure 2b, et, dans ce cas, les zones 16 d'impureté de diffusion constituant les zones de cathode sont formées de manière à recouvrir ou chevaucher partiellement les parties d'angle ou de bord des zones 13
de diffusion d'impureté constituant les zones de gâchette.
Les zones 16 de diffusion d'impureté constituant les zones de cathode peuvent être formées à l'aide du procédé
de dépôt mentionné précédemment.
Ensuite, les électrodes 20 de cathode et les électrodes 21 de gâchette sont formées au cours des mêmes étapes que celles représentées sur la figure 1, en ce qui concerne les zones 16 de diffusion d'impureté constituant les zones de cathode et les zones 13 de diffusion d'impureté constituant les zones de gâchette, respectivement, avec l'interposition du film 14 d'oxyde, comme représenté sur la figure 2c, tandis que l'électrode 22 d'anode est formée sur la zone 12 de diffusion d'impureté constituant la zone d'anode et on obtient de cette façon un thyristor à induction du type statique à
mode à enrichissement, tel que représenté sur la figure 3.
Dans ce thyristor du type à induction statique et du mode à enrichissement représenté sur la figure 3, les impuretés de type P et type N ont une concentration égale à l'interface ou démarcation de la jonction PN entre les zones 13 de diffusion d'impureté constituant les zones de gâchette et les zones 16 de diffusion d'impureté constituant les zones de cathode. En se référant à la figure 4 montrant le profil d'impureté mesuré au voisinage du point A sur la face avant du substrat 11, on comprendra qu'à l'intersection des courbes de concentration d'impureté du type P+ et N+ sur le graphique de la figure 4 correspond à l'interface de la jonction PN. Dans le cas du thyristor connu à induction statique du mode à enrichissement, les zones de diffusion d'impureté constituant les zones de. cathode présentent une variation prononcée dans le profil d'impureté de sorte que, lorsque la diffusion à lieu sur une faible profondeur et que la concentration en impureté est faible, comme représenté sur la figure 3, l'interface de la jonction PN se trouve à une position B', auquel cas l'interface se trouve à une distance insuffisante de l'ouverture de contact 15a, pour la réalisation de l'électrode de cathode, de sorte qu'il existe un risque que les zones de gâchette et de cathode entraînent un court-circuit ou tout au moins réduisent la tension de régime. Par contre, dans le thyristor du type à induction statique et du mode à enrichissement selon la présente invention, les zones 16 de diffusion d'impureté constituant les zones de cathode ne présentent qu'une variation faible et stable de concentration et de profondeur de diffusion d'impureté, de sorte que l'interface de la jonction PN se trouvant sur la face avant du substrat 11 se trouve, sur la figure 3, à un endroit disposé de façon stable et suffisamment loin de l'ouverture de contact 15a de formation d'électrode de cathode. Par conséquent, même lorsque les ouvertures de contact 15a sont formées de manière telle qu'elles recouvrent partiellement les zones 13 de diffusion d'impureté constituant les zones de gâchette, l'interface de jonction de ces zones 13 avec les zones 16 de diffusion d'impureté constituant les zones de cathode se trouve à endroit X sur la figure 3, de manière à être disposée de façon stable en un endroit éloigné de l'ouverture de contact 15a,' grâce à quoi la tension de régime inverse de la jonction est suffisante entre les zones de gâchette et les zones de cathode pour qu'il ne
se produise pas entre elles de court-circuit.
Claims (4)
1. Procédé pour la fabrication d'un dispositif semi-
conducteur du type à induction statique et du mode à enrichissement, dans lequel des zones (13) de diffusion d'impureté constituant des zones d'électrode de commande sont formées sur une face ou face avant d'un substrat semi-conducteur (11), d'autres zones (16) de diffusion d'impureté constituant des zones de cathode sont formées également sur ladite face du substrat semi-conducteur, des électrodes de commande (21) sont formées sur les zones (18) de diffusion d'impureté constituant les zones d'électrode de commande, des électrodes de cathode (20) sont formées sur lesdites zones de diffusion d'un impureté constituant lesdites zones de cathode et une électrode d'anode (22) est formée sur une zone de diffusion d'impureté réalisée sur l'autre face ou face arrière du substrat semi-conducteur pour constituer une zone d'anode (12), caractérisé en ce que l'on forme les zones (16) de diffusion d'impureté constituant les zones de cathode, de manière telle qu'un film d'oxyde (14) recouvre ladite face avant du substrat semi-conducteur sur lequel sont formées les zones (13) de diffusion d'impureté constituant les zones d'électrode de commande, on forme dans le film d'oxyde des ouvertures (15) pour obtenir les zones (16) de diffusion d'impureté constituant les zones de cathode, on forme les zones (16) de diffusion d'impureté constituant les zones de cathode au moyen d'une diffusion thermique d'une impureté introduite par les ouvertures (15) dans la face avant de manière telle que les zones de cathode recouvrent partiellement les zones de diffusion d'impureté constituant les zones (13) d'électrode de commande, on dépose un mince film d'oxyde (14a) à l'intérieur des ouvertures et on forme les électrodes de cathode (20) en effectuant une attaque à l'acide, de manière à éliminer sélectivement le mince film d'oxyde à l'intérieur des
ouvertures.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que l'on réalise les ouvertures (15) pour la-
formation des zones (16) de diffusion d'impureté constituant les zones de cathode, de manière qu'elles recouvrent partiellement les zones (13) de diffusion
d'impureté constituant les zones d'électrode de commande.
3. Dispositif semi-conducteur du type à induction statique et du mode à enrichissement comprenant un substrat semi-conducteur (11), des zones (13) d'électrode de commande formées sur une face ou face avant du substrat semi-conducteur et sur chacune desquelles est réalisée une électrode de commande (21), des zones (16)
de cathode formées sur ladite face avant du substrat semi-
conducteur, avec une tension de régime de jonction en sens inverse suffisante maintenue par rapport aux zones d'électrode de commande et sur chacune desquelles est réalisée une électrode de cathode (20), et une zone (12) d'anode formée sur l'autre face ou face arrière du substrat semi-conducteur et sur laquelle une électrode d'anode (22) est formée, caractérisé en ce que les zones de cathode (16) sont formées de manière à recouvrir partiellement les zones (13) d'électrode de commande.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les zones (13) d'électrode de commande sont disposées de manière à présenter une largeur de canal
suffisamment faible.
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