FR3106931A1 - Procédé de fabrication d’un dispositif comprenant un transistor bipolaire PNP et un transistor bipolaire NPN pour applications radiofréquences - Google Patents

Procédé de fabrication d’un dispositif comprenant un transistor bipolaire PNP et un transistor bipolaire NPN pour applications radiofréquences Download PDF

Info

Publication number
FR3106931A1
FR3106931A1 FR2000903A FR2000903A FR3106931A1 FR 3106931 A1 FR3106931 A1 FR 3106931A1 FR 2000903 A FR2000903 A FR 2000903A FR 2000903 A FR2000903 A FR 2000903A FR 3106931 A1 FR3106931 A1 FR 3106931A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
doped
semiconductor layer
substrate
well
transistor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR2000903A
Other languages
English (en)
Other versions
FR3106931B1 (fr
Inventor
Jean JIMENEZ MARTINEZ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
STMicroelectronics Crolles 2 SAS
Original Assignee
STMicroelectronics Crolles 2 SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by STMicroelectronics Crolles 2 SAS filed Critical STMicroelectronics Crolles 2 SAS
Priority to FR2000903A priority Critical patent/FR3106931B1/fr
Priority to US17/160,598 priority patent/US11538719B2/en
Priority to CN202110127097.2A priority patent/CN113206040A/zh
Priority to CN202120260881.6U priority patent/CN215600373U/zh
Publication of FR3106931A1 publication Critical patent/FR3106931A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR3106931B1 publication Critical patent/FR3106931B1/fr
Priority to US17/992,602 priority patent/US11955481B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/72Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/73Bipolar junction transistors
    • H01L29/732Vertical transistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/822Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
    • H01L21/8222Bipolar technology
    • H01L21/8228Complementary devices, e.g. complementary transistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/822Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
    • H01L21/8222Bipolar technology
    • H01L21/8228Complementary devices, e.g. complementary transistors
    • H01L21/82285Complementary vertical transistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/08Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
    • H01L27/082Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including bipolar components only
    • H01L27/0821Combination of lateral and vertical transistors only
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/08Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
    • H01L27/082Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including bipolar components only
    • H01L27/0823Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including bipolar components only including vertical bipolar transistors only
    • H01L27/0826Combination of vertical complementary transistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0684Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/0821Collector regions of bipolar transistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66234Bipolar junction transistors [BJT]
    • H01L29/66272Silicon vertical transistors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)

Abstract

Le présent texte concerne un procédé de fabrication d’un dispositif microélectronique comprenant un substrat semi-conducteur (1) dopé de type P et un transistor PNP et un transistor NPN agencés verticalement dans ledit substrat (1), ledit procédé comprenant les étapes successives suivantes :- formation d’un caisson d’isolation (2) dopé N+ du transistor PNP dans le substrat (1) ;- formation d’une région (3) dopée P+ dans le caisson d’isolation (2) ;- croissance épitaxiale d’une première couche semi-conductrice (10) sur le substrat (1) ;- formation d’un caisson (5) dopé N+ du transistor NPN, au moins une partie dudit caisson (5) s’étendant dans la première couche semi-conductrice (10) ;- croissance épitaxiale d’une seconde couche semi-conductrice (11) sur la première couche semi-conductrice (10) ;- formation d’une région (6) dopée P apte à former le collecteur du transistor PNP dans la seconde couche semi-conductrice (11), en liaison électrique avec la région (3) dopée P+ ;- formation d’une région (7) dopée N apte à former le collecteur du transistor NPN dans la seconde couche semi-conductrice (11), en liaison électrique avec le caisson (5) dopé N+. Figure pour l’abrégé : Fig 10

Description

Procédé de fabrication d’un dispositif comprenant un transistor bipolaire PNP et un transistor bipolaire NPN pour applications radiofréquences
Le présent texte concerne un procédé de fabrication d’un dispositif microélectronique comprenant au moins deux transistors bipolaires, l’un étant un transistor NPN et l’autre un transistor PNP vertical, ainsi qu’un tel dispositif. Un tel dispositif présente en particulier des applications dans le domaine radiofréquence.
Arrière-plan
L’intégration de transistors bipolaires de type PNP à des dispositifs microélectroniques relevant des technologies BiCMOS ou bipolaires dans le domaine radiofréquence (RF) pose des difficultés.
En effet, lorsque le dispositif comprend à la fois des transistors bipolaires PNP et des transistors bipolaires NPN, il n’est pas possible d’optimiser les performances de chacun desdits transistors.
Dans de tels dispositifs, un transistor bipolaire PNP et un transistor bipolaire NPN peuvent être formés de la manière suivante.
Un substrat semi-conducteur dopé P est fourni.
Une implantation localisée de dopants N (par exemple du phosphore) suivie d’un recuit de diffusion desdits dopants est réalisée pour former dans le substrat semi-conducteur un caisson N, destiné à être polarisé en inverse pour isoler électriquement le collecteur du transistor bipolaire PNP du substrat. Une implantation localisée de dopants P (par exemple du bore) suivie d’un recuit de diffusion desdits dopants est réalisée pour former un caisson dopé P+ au sein du caisson N.
Par ailleurs, une implantation localisée de dopants N (par exemple de l’arsenic) suivie d’un recuit de diffusion desdits dopants est réalisée pour former dans le substrat semi-conducteur un caisson N+ destiné à isoler électriquement le collecteur du transistor bipolaire NPN du substrat.
Une couche semi-conductrice est formée par épitaxie sur le substrat, sur une épaisseur de l’ordre de 1 µm. La croissance de ladite couche semi-conductrice sur le substrat permet d’enterrer dans le substrat les caissons P+ et N+.
Une implantation localisée de dopants P puis un recuit de diffusion desdits dopants sont réalisés pour former une région dopée P dans la couche semi-conductrice épitaxiale, ladite région formant le collecteur du transistor bipolaire PNP, en contact électrique avec la région dopée P+.
Une implantation localisée de dopants N puis un recuit de diffusion desdits dopants sont réalisés pour former une région dopée N dans la couche semi-conductrice épitaxiale, ladite région formant le collecteur du transistor bipolaire NPN, en contact électrique avec la région dopée N+.
Ensuite, la base et l’émetteur de chacun des transistors bipolaires sont formés sur un collecteur respectif desdits transistors.
Un inconvénient d’un tel procédé est la différence de comportement en termes de diffusion des dopants implantés pour former les caissons P+ et N+. En effet, les dopants de type N sont des espèces lourdes, telles que l’arsenic et l’antimoine. En revanche, les dopants de type P sont des espèces légères, telles que le bore. Compte tenu de leurs coefficients de diffusion différents, les dopants de type N diffusent peu au sein du substrat, alors que les dopants de type P diffusent facilement. Par conséquent, le caisson P+ du transistor bipolaire PNP s’étend davantage par diffusion vers la surface du substrat que le caisson N+ du transistor bipolaire NPN.
La couche semi-conductrice épitaxiale doit donc être suffisamment épaisse, typiquement de l’ordre de 1 µm, pour tenir compte de cette diffusion plus importante du caisson P+ et préserver une épaisseur suffisante pour la formation du collecteur du transistor PNP. Cependant, le transistor bipolaire NPN est pénalisé par une telle épaisseur de la couche semi-conductrice épitaxiale. Ses performances notamment en termes de rapidité sont en effet significativement réduites.
Une alternative pour réduire l’épaisseur de la couche semi-conductrice épitaxiale serait d’enterrer plus profondément le caisson P+ dans le substrat. Cependant, ceci nécessiterait une implantation des dopants avec une énergie élevée, susceptible d’engendrer des défauts cristallins dans le substrat, pénalisant les performances du transistor PNP.
Résumé
Il subsiste donc un besoin de pouvoir optimiser indépendamment les performances d’un transistor bipolaire PNP et d’un transistor bipolaire NPN dans un dispositif microélectronique pour les applications à ultra-haute fréquence.
Un objet du présent texte est un procédé de fabrication d’un dispositif microélectronique comprenant un substrat semi-conducteur dopé de type P et un transistor PNP et un transistor NPN agencés verticalement dans ledit substrat, ledit procédé comprenant les étapes successives suivantes:
- formation d’un caisson d’isolation dopé N+ du transistor PNP dans le substrat;
- formation d’une région dopée P+ dans le caisson d’isolation;
- croissance épitaxiale d’une première couche semi-conductrice sur le substrat;
- formation d’un caisson dopé N+ du transistor NPN, au moins une partie dudit caisson s’étendant dans la première couche semi-conductrice;
- croissance épitaxiale d’une seconde couche semi-conductrice sur la première couche semi-conductrice;
- formation d’une région dopée P apte à former le collecteur du transistor PNP dans la seconde couche semi-conductrice, en liaison électrique avec la région dopée P+;
- formation d’une région dopée N apte à former le collecteur du transistor NPN dans la seconde couche semi-conductrice, en liaison électrique avec le caisson dopé N+.
Par «successives» on entend que les étapes se déroulent dans l’ordre indiqué, ce qui n’exclut pas que des étapes intermédiaires soient mises en œuvre.
Par «radiofréquence» (RF) on entend dans le présent texte une gamme de fréquence d'onde électromagnétique comprise entre 20 GHz et 300 GHz.
Grâce aux deux couches semi-conductrices formées par épitaxie, dont la première est formée entre la formation du caisson P+ du transistor PNP et la formation du caisson N+ du transistor NPN, et la seconde est formée entre la formation du caisson N+ et la formation du collecteur desdits transistors, il est possible d’enterrer le caisson P+ plus profondément dans le substrat que le caisson N+ sans mettre en œuvre d’implantation à forte énergie.
De ce fait, on évite la formation de défauts cristallins dans la région soumise à l’implantation.
De plus, une épaisseur relativement mince de la seconde couche épitaxiale permet d’augmenter la rapidité du transistor NPN sans être pénalisée par la diffusion plus importante du caisson P+ du transistor PNP.
En d’autres termes, les deux couches épitaxiales permettent de découpler l’optimisation du transistor NPN et celle du transistor PNP.
Dans certains modes de réalisation, la première couche semi-conductrice présente une épaisseur comprise entre 0,5 et 0,7 µm.
Ladite première couche semi-conductrice peut être légèrement dopée P ou être non intentionnellement dopée.
Dans certains modes de réalisation, la seconde couche semi-conductrice présente une épaisseur comprise entre 0,3 et 0,5 µm.
Ladite seconde couche semi-conductrice peut être légèrement dopée N ou être non intentionnellement dopée.
Dans certains modes de réalisation, la somme des épaisseurs des première et seconde couches semi-conductrices est comprise entre 0,8 et 1,2 µm.
Un autre objet concerne un dispositif microélectronique comprenant un substrat semi-conducteur et un transistor PNP et un transistor NPN agencés verticalement dans ledit substrat, dans lequel:
- le collecteur du transistor PNP est agencé sur une région dopée P+ du substrat;
- le collecteur du transistor NPN est agencé sur un caisson dopé N+du substrat ;
ladite région dopée P+ du transistor PNP s’étendant au moins en partie dans une première couche semi-conductrice et le caisson dopé N+ du transistor NPN s’étendant au moins en partie dans une seconde couche semi-conductrice agencée sur la première couche semi-conductrice, la région dopée P+ du transistor PNP étant plus éloignée de la surface du dispositif que le caisson dopé N+ du transistor NPN.
Dans certains modes de réalisation, la première couche semi-conductrice présente une épaisseur comprise entre 0,5 et 0,7 µm.
Ladite première couche semi-conductrice peut être légèrement dopée P ou être non intentionnellement dopée.
Dans certains modes de réalisation, la seconde couche semi-conductrice présente une épaisseur comprise entre 0,3 et 0,5 µm.
Ladite seconde couche semi-conductrice peut être légèrement dopée N ou être non intentionnellement dopée.
Dans certains modes de réalisation, la somme des épaisseurs des première et seconde couches semi-conductrices est comprise entre 0,8 et 1,2 µm.
Brève description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de ces modes de réalisation apparaîtront dans la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés sur lesquels:
est une vue schématique en coupe d’un substrat de type P lors d’une implantation localisée de dopants de type N ;
est une vue schématique du substrat de la figure 1 à l’issue d’un recuit de diffusion des dopants implantés pour former une région d’isolation du collecteur d’un transistor PNP par rapport au substrat;
est une vue schématique en coupe du substrat de la figure 2 lors d’une implantation localisée de dopants de type P dans la région d’isolation;
est une vue schématique en coupe du substrat de la figure 3 à l’issue d’un recuit de diffusion des dopants de type P implantéspour former un caisson P+ du transistor PNP ;
est une vue schématique en coupe du substrat de la figure 4 après la formation d’une première couche épitaxiale sur le substrat;
est une vue schématique en coupe du substrat de la figure 5 lors d’une implantation de dopants de type N;
est une vue schématique en coupe du substrat de la figure 6 à l’issue d’un recuit de diffusion des dopants de type N implantés pour former un caisson N+ d’un transistor NPN;
est une vue schématique en coupe du substrat de la figure 7 après la formation d’une seconde couche épitaxialesur la première couche épitaxiale ;
est une vue schématique en coupe du substrat de la figure 8 lors d’une implantation de dopants de type P dans la seconde couche épitaxiale;
est une vue schématique en coupe du substrat de la figure 9 à l’issue d’un recuit de diffusion des dopants de type P implantés pour former le collecteur du transistor PNP;
est une vue schématique en coupe d’un dispositif comprenant un transistor PNP et un transistor NPN obtenus par le procédé décrit plus haut.
Pour des raisons de lisibilité des figures, les dessins ne sont pas tracés à l’échelle. Par ailleurs, les dessins ont été simplifiés de sorte à ne faire apparaître que les éléments utiles à la compréhension des figures.
Description détaillée de modes de réalisation
Les étapes successives du procédé de fabrication d’un dispositif microélectronique comprenant un substrat semi-conducteur dopé de type P et un transistor PNP et un transistor NPN agencés verticalement dans ledit substrat sont illustrées de manière schématique sur les figures 1 à 10.
En référence à la figure 1, le substrat 1 est un substrat semi-conducteur, dopé de type P. Le matériau du substrat 1 peut par exemple être du silicium.
Un masque M est formé sur une face principale du substrat 1. Le masque M comprend au moins une ouverture permettant d’exposer une portion déterminée de la surface du substrat 1, correspondant à l’emplacement d’un transistor PNP. Le masque M peut être formé par une technique de photolithographie classiquement utilisée dans les procédés de fabrication microélectronique.
Une implantation de dopants (schématisée par les flèches) est mise en œuvre dans l’ouverture du masque (le matériau et l’épaisseur du masque M étant choisis pour empêcher tout passage des dopants au travers du masque). Les dopants sont de type N, tels que du phosphore par exemple.
Une zone 2a contenant les dopants implantés s’étend donc dans une partie de l’épaisseur du substrat 1, à partir de la portion de la surface exposée par l’ouverture du masque M.
En référence à la figure 2, un traitement thermique est mis en œuvre sur le substrat ainsi implanté et le masque M est retiré.
Ledit traitement thermique est mis en œuvre dans des conditions permettant de faire diffuser et d’activer les dopants de la région 2a afin de former un caisson 2 dopé N+. Comme on le verra plus bas, ledit caisson 2 est destiné à former le caisson d’isolation du transistor PNP.
En référence à la figure 3, un nouveau masque M est formé sur la face principale du substrat 1. Le masque M comprend au moins une ouverture permettant d’exposer une portion déterminée de la surface du substrat 1 en regard du caisson 2. Ladite ouverture est de dimensions plus petites que le caisson 2.
Une implantation de dopants (schématisée par les flèches) est mise en œuvre dans l’ouverture du masque (le matériau et l’épaisseur du masque M étant choisis pour empêcher tout passage des dopants au travers du masque). Les dopants sont de type P, tels que du bore par exemple.
Une zone 3a contenant les dopants implantés s’étend donc dans une partie de l’épaisseur du caisson 2, à partir de la portion de la surface exposée par l’ouverture du masque M.
En référence à la figure 4, un traitement thermique est mis en œuvre sur le substrat ainsi implanté et le masque M est retiré.
Ledit traitement thermique est mis en œuvre dans des conditions permettant de faire diffuser et d’activer les dopants de la région 3a afin de former une région 3 dopée P+ dans le caisson 2.
En référence à la figure 5, une croissance épitaxiale d’une première couche semi-conductrice 10 est mise en œuvre sur la face principale du substrat 1. De préférence, le matériau de la couche épitaxiale est identique à celui du substrat 1 (homoépitaxie). Eventuellement, le matériau de la couche épitaxiale peut être différent de celui du substrat 1 (hétéroépitaxie) mais avec un paramètre de maille aussi proche que possible de celui du substrat 1 pour minimiser la formation de défauts cristallins dans la couche épitaxiale.
La première couche épitaxiale 10 peut être légèrement dopée P ou non intentionnellement dopée.
Une fonction de ladite première couche épitaxiale 10 est de contribuer à enterrer la région 3 dopée P+ dans la structure.
L’épaisseur de la première couche épitaxiale 10 peut être comprise entre 0,5 et 0,7 µm.
Les dopants de la région 3 dopée N+ peuvent éventuellement diffuser dans une partie de la première couche épitaxiale 10 sous l’effet de la température de l’étape d’épitaxie.
En référence à la figure 6, un nouveau masque M est formé sur la face principale de la première couche épitaxiale 10. Le masque M comprend des ouvertures permettant d’exposer des portions déterminées de la première couche épitaxiale 10 de part et d’autre du caisson 2 (à gauche de la figure) et à l’emplacement d’un transistor NPN (à droite de la figure).
Une implantation de dopants (schématisée par les flèches) est mise en œuvre dans les ouvertures du masque (le matériau et l’épaisseur du masque M étant choisis pour empêcher tout passage des dopants au travers du masque). Les dopants sont de type N, tels que de l’arsenic par exemple.
Des zones 4a et 5a contenant les dopants implantés s’étendent donc dans une partie de l’épaisseur de la première couche épitaxiale 10, respectivement dans la partie dédiée à la formation du transistor PNP (de part et d’autre du caisson 2) et dans la partie dédiée à la formation du transistor NPN, à partir de la portion de la surface de exposée par l’ouverture du masque M.
En référence à la figure 7, un traitement thermique est mis en œuvre sur le substrat ainsi implanté et le masque M est retiré.
Ledit traitement thermique est mis en œuvre dans des conditions permettant de faire diffuser et d’activer les dopants des régions 4a et 5a afin de former des régions 4 et 5 dopées N+ dans la première couche épitaxiale 10 et une partie du substrat 1.
Les régions 4 sont destinées à assurer une continuité électrique entre le caisson 2 et la surface du dispositif, de sorte à permettre de polariser électriquement le caisson 2 du transistor PNP.
La région 5 est destinée à former un caisson du transistor NPN.
En référence à la figure 8, une croissance épitaxiale d’une seconde couche semi-conductrice 11 est mise en œuvre sur la face principale de la première couche semi-conductrice 10. De préférence, le matériau de la seconde couche épitaxiale est identique à celui de la première couche épitaxiale (homoépitaxie). Eventuellement, le matériau de la seconde couche épitaxiale peut être différent de celui de la première couche épitaxiale (hétéroépitaxie) mais avec un paramètre de maille aussi proche que possible de celui de la première couche épitaxiale pour minimiser la formation de défauts cristallins dans la seconde couche épitaxiale.
Les dopants du caisson 5 dopé N+ peuvent éventuellement diffuser dans une partie de la seconde couche épitaxiale 11 sous l’effet de la température de l’étape d’épitaxie.
La seconde couche épitaxiale 11 peut être légèrement dopée N ou non intentionnellement dopée.
L’épaisseur de la seconde couche épitaxiale 11 peut être comprise entre 0,3 et 0,5 µm.
Une fonction de ladite seconde couche épitaxiale 11 est d’enterrer le caisson 5 dopé N+ du transistor NPN dans la structure, et de contribuer à enterrer, en combinaison avec la première couche épitaxiale 10 formée précédemment, la région 3 dopée P+ du transistor PNP.
On observe ainsi sur la figure 8 que le caisson 2 et la région 3 du transistor PNP sont enterrés plus profondément dans la structure que le caisson 5 du transistor NPN, le caisson 2 et la région 3 étant séparés de la surface de la structure de la figure 8 par l’empilement des couches 10 et 11, qui présente une épaisseur comprise entre 0,8 et 1,2 µm, tandis que le caisson 5 est séparé de ladite surface uniquement par la couche 11, qui, comme indiqué plus haut, présente une épaisseur comprise entre 0,3 et 0,5 µm.
La formation des deux couches épitaxiales à des étapes différentes du procédé procure ainsi une sélectivité de la profondeur d’implantation de la région 3 dopée P+ du transistor PNP et du caisson 5 dopé N+ du transistor NPN tout en mettant en œuvre des implantations de dopants avec une énergie modérée, permettant de minimiser les défauts cristallins liés à l’implantation.
L’épaisseur des couches épitaxiales 10 et 11 peut être ajustée en fonction du budget thermique subi par la structure au cours de la fabrication du dispositif, afin d’optimiser les performances du transistor PNP et du transistor NPN. L’épaisseur de la première couche épitaxiale 10 peut résulter d’un compromis entre la tenue en tension du transistor NPN (qui nécessite une épaisseur suffisamment grande de la couche 10) et de la rapidité du transistor PNP (qui requiert une épaisseur suffisamment faible de la couche 10). L’épaisseur de la seconde couche épitaxiale 11 peut être choisie en fonction de la tenue en tension souhaitée pour les deux transistors.
En référence à la figure 9, un nouveau masque M est formé sur la face principale de la seconde couche épitaxiale 11. Le masque M comprend au moins une ouverture permettant d’exposer une portion déterminée de la surface de la seconde couche épitaxiale en regard de la région 3 du transistor PNP.
Une implantation de dopants (schématisée par les flèches) est mise en œuvre dans l’ouverture du masque (le matériau et l’épaisseur du masque M étant choisis pour empêcher tout passage des dopants au travers du masque). Les dopants sont de type P, tels que du bore par exemple.
Une zone 6a contenant les dopants implantés s’étend donc dans la seconde couche épitaxiale 11, et éventuellement dans une partie de la première couche épitaxiale 10, à partir de la portion de la surface exposée par l’ouverture du masque M.
En référence à la figure 10, un traitement thermique est mis en œuvre sur la structure ainsi implantée et le masque M est retiré.
Ledit traitement thermique est mis en œuvre dans des conditions permettant de faire diffuser et d’activer les dopants de la région 6a afin de former une région 6 dopée P s’étendant jusqu’à la région 3 dopée P+, de sorte à assurer une continuité électrique avec la région 3. La région 6 est destinée à former le collecteur du transistor PNP.
De manière similaire (non schématisée), un nouveau masque est formé sur la face principale de la seconde couche épitaxiale. Le masque comprend au moins une ouverture permettant d’exposer une portion déterminée de la surface de la seconde couche épitaxiale en regard du caisson 5 du transistor NPN.
Une implantation de dopants est mise en œuvre dans l’ouverture du masque (le matériau et l’épaisseur du masque M étant choisis pour empêcher tout passage des dopants au travers du masque). Les dopants sont de type N, tels que de l’arsenic par exemple.
Une zone contenant les dopants implantés s’étend donc dans la seconde couche épitaxiale, et éventuellement dans le caisson 5, à partir de la portion de la surface exposée par l’ouverture du masque M.
Ensuite, un traitement thermique est mis en œuvre sur la structure ainsi implantée et le masque est retiré.
Ledit traitement thermique est mis en œuvre dans des conditions permettant de faire diffuser et d’activer les dopants de la région dopée afin de former une région (référencée 7 sur la figure 11) dopée N s’étendant jusqu’au caisson 5 dopé N+, de sorte à assurer une continuité électrique avec le caisson 5. La région 7 est destinée à former le collecteur du transistor NPN.
La figure 11 est une vue en coupe du dispositif après formation de l’émetteur E et de la base B du transistor PNP (à gauche) et du transistor NPN (à droite). La formation de ces composants est réalisée par des méthodes connues en elles-mêmes qui ne seront donc pas décrites dans le présent texte.
Comme indiqué plus haut, la région 3 dopée P+ du transistor PNP est plus éloignée de la surface du dispositif que le caisson 5 dopé N+ du transistor NPN.
Cette différence d’agencement en profondeur de ces régions/caissons permet de prendre en compte la diffusion plus importante des dopants P du transistor PNP lors des différents traitements thermiques mis en œuvre lors de la fabrication du dispositif sans pénaliser la rapidité du transistor NPN ni nécessiter d’implantation à forte énergie susceptible d’engendrer des défauts cristallins. Elle permet donc d’intégrer ces deux types de transistors dans un même substrat d’un dispositif microélectronique sans dégrader les performances de l’un ou l’autre de ces transistors.

Claims (12)

  1. Procédé de fabrication d’un dispositif microélectronique comprenant un substrat semi-conducteur (1) dopé de type P et un transistor PNP et un transistor NPN agencés verticalement dans ledit substrat (1), ledit procédé comprenant les étapes successives suivantes:
    - formation d’un caisson d’isolation (2) dopé N+ du transistor PNP dans le substrat (1);
    - formation d’une région (3) dopée P+ dans le caisson d’isolation (2);
    - croissance épitaxiale d’une première couche semi-conductrice (10) sur le substrat (1);
    - formation d’un caisson (5) dopé N+ du transistor NPN, au moins une partie dudit caisson (5) s’étendant dans la première couche semi-conductrice (10);
    - croissance épitaxiale d’une seconde couche semi-conductrice (11) sur la première couche semi-conductrice (10);
    - formation d’une région (6) dopée P apte à former le collecteur du transistor PNP dans la seconde couche semi-conductrice (11), en liaison électrique avec la région (3) dopée P+;
    - formation d’une région (7) dopée N apte à former le collecteur du transistor NPN dans la seconde couche semi-conductrice (11), en liaison électrique avec le caisson (5) dopé N+.
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la première couche semi-conductrice (10) présente une épaisseur comprise entre 0,5 et 0,7 µm.
  3. Procédé selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel la première couche semi-conductrice (10) est légèrement dopée P ou est non intentionnellement dopée.
  4. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel la seconde couche semi-conductrice (11) présente une épaisseur comprise entre 0,3 et 0,5 µm.
  5. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel la seconde couche semi-conductrice (11) est légèrement dopée N ou est non intentionnellement dopée.
  6. Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel la somme des épaisseurs des première et seconde couches semi-conductrices (10, 11) est comprise entre 0,8 et 1,2 µm.
  7. Dispositif microélectronique comprenant un substrat semi-conducteur (1) et un transistor PNP et un transistor NPN agencés verticalement dans ledit substrat, dans lequel:
    - le collecteur (6) du transistor PNP est agencé sur une région (3) dopée P+ du substrat (1);
    - le collecteur (7) du transistor NPN est agencé sur un caisson (5) dopé N+du substrat (1) ;
    ladite région (3) dopée P+ du transistor PNP s’étendant au moins en partie dans une première couche semi-conductrice et le caisson (5) dopé N+ du transistor NPN s’étendant au moins en partie dans une seconde couche semi-conductrice agencée sur la première couche semi-conductrice (10), la région (3) dopée P+ du transistor PNP étant plus éloignée de la surface du dispositif que le caisson (5) dopé N+ du transistor NPN.
  8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel la première couche semi-conductrice (10) présente une épaisseur comprise entre 0,5 et 0,7 µm.
  9. Dispositif selon l’une des revendications 7 ou 8, dans lequel la première couche semi-conductrice (10) est légèrement dopée P ou est non intentionnellement dopée.
  10. Dispositif selon l’une des revendications 7 à 9, dans lequel la seconde couche semi-conductrice (11) présente une épaisseur comprise entre 0,3 et 0,5 µm.
  11. Dispositif selon l’une des revendications 7 à 10, dans lequel la seconde couche semi-conductrice (11) est légèrement dopée N ou est non intentionnellement dopée.
  12. Dispositif selon l’une des revendications 7 à 11, dans lequel la somme des épaisseurs des première et seconde couches semi-conductrices (10, 11) est comprise entre 0,8 et 1,2 µm.
FR2000903A 2020-01-30 2020-01-30 Procédé de fabrication d’un dispositif comprenant un transistor bipolaire PNP et un transistor bipolaire NPN pour applications radiofréquences Active FR3106931B1 (fr)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2000903A FR3106931B1 (fr) 2020-01-30 2020-01-30 Procédé de fabrication d’un dispositif comprenant un transistor bipolaire PNP et un transistor bipolaire NPN pour applications radiofréquences
US17/160,598 US11538719B2 (en) 2020-01-30 2021-01-28 Method for fabricating a device comprising a PNP bipolar transistor and NPN bipolar transistor for radiofrequency applications
CN202110127097.2A CN113206040A (zh) 2020-01-30 2021-01-29 制造包括pnp双极晶体管和npn双极晶体管的器件的方法
CN202120260881.6U CN215600373U (zh) 2020-01-30 2021-01-29 微电子器件
US17/992,602 US11955481B2 (en) 2020-01-30 2022-11-22 Device comprising a PNP bipolar transistor and NPN bipolar transistor for radiofrequency applications

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2000903A FR3106931B1 (fr) 2020-01-30 2020-01-30 Procédé de fabrication d’un dispositif comprenant un transistor bipolaire PNP et un transistor bipolaire NPN pour applications radiofréquences
FR2000903 2020-01-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR3106931A1 true FR3106931A1 (fr) 2021-08-06
FR3106931B1 FR3106931B1 (fr) 2022-02-18

Family

ID=70154721

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR2000903A Active FR3106931B1 (fr) 2020-01-30 2020-01-30 Procédé de fabrication d’un dispositif comprenant un transistor bipolaire PNP et un transistor bipolaire NPN pour applications radiofréquences

Country Status (3)

Country Link
US (2) US11538719B2 (fr)
CN (2) CN215600373U (fr)
FR (1) FR3106931B1 (fr)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2300417A1 (fr) * 1975-02-08 1976-09-03 Sony Corp Circuit semi-conducteur integre a transistors complementaires pnp-npn
EP1146561A1 (fr) * 2000-04-10 2001-10-17 STMicroelectronics S.A. Procédé de réalisation d'un transistor bipolaire

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4357622A (en) * 1980-01-18 1982-11-02 International Business Machines Corporation Complementary transistor structure
US4969823A (en) * 1986-09-26 1990-11-13 Analog Devices, Incorporated Integrated circuit with complementary junction-isolated bipolar transistors and method of making same
US4939099A (en) * 1988-06-21 1990-07-03 Texas Instruments Incorporated Process for fabricating isolated vertical bipolar and JFET transistors
US5175607A (en) * 1990-04-26 1992-12-29 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2748988B2 (ja) * 1991-03-13 1998-05-13 三菱電機株式会社 半導体装置とその製造方法
JPH0831841A (ja) * 1994-07-12 1996-02-02 Sony Corp 半導体装置及びその製造方法
JP3976601B2 (ja) * 2002-03-28 2007-09-19 株式会社ルネサステクノロジ 半導体装置の製造方法
US6815801B2 (en) * 2003-02-28 2004-11-09 Texas Instrument Incorporated Vertical bipolar transistor and a method of manufacture therefor including two epitaxial layers and a buried layer

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2300417A1 (fr) * 1975-02-08 1976-09-03 Sony Corp Circuit semi-conducteur integre a transistors complementaires pnp-npn
EP1146561A1 (fr) * 2000-04-10 2001-10-17 STMicroelectronics S.A. Procédé de réalisation d'un transistor bipolaire

Also Published As

Publication number Publication date
US20230090291A1 (en) 2023-03-23
US20210242087A1 (en) 2021-08-05
CN215600373U (zh) 2022-01-21
FR3106931B1 (fr) 2022-02-18
US11955481B2 (en) 2024-04-09
US11538719B2 (en) 2022-12-27
CN113206040A (zh) 2021-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3273483B1 (fr) Procédé de fabrication d'un transistor bipolaire de type pnp en parallèle de la fabrication d'un transistor bipolaire de type npn et de transistors mos à canal n et à canal p
EP0462882A1 (fr) Transistor à effet de champ en couche mince avec grille enterrée et son procédé de fabrication
FR3047838A1 (fr) Transistor bipolaire et son procede de fabrication
EP3001448A1 (fr) Procédé de dopage d'un semi-conducteur à base de gan
EP0581625B1 (fr) Composant életronique multifonctions, notamment élément à résistance dynamique négative, et procédé de fabrication correspondant
FR3068507A1 (fr) Realisation de regions semiconductrices dans une puce electronique
EP0843350A1 (fr) Transistor bipolaire à émetteur inhomogène dans un circuit intégré BICMOS
EP3185288A1 (fr) Procédé de fabrication d'un transistor jfet au sein d'un circuit intégré et circuit intégré correspondant
FR3067516A1 (fr) Realisation de regions semiconductrices dans une puce electronique
FR3106931A1 (fr) Procédé de fabrication d’un dispositif comprenant un transistor bipolaire PNP et un transistor bipolaire NPN pour applications radiofréquences
EP0009442A1 (fr) Transistors bipolaires à tension élevée, circuits intégrés comportant de tels transistors, et procédé de fabrication de tels circuits
EP1058302B1 (fr) Procédé de fabrication de dispositifs bipolaires à jonction base-émetteur autoalignée
FR3078197A1 (fr) Dispositif de transistor bipolaire et procede de fabrication correspondant
FR2482368A1 (fr) Operateur logique a injection par le substrat et son procede de fabrication
EP1146561A1 (fr) Procédé de réalisation d'un transistor bipolaire
FR2756101A1 (fr) Procede de fabrication d'un transistor npn dans une technologie bicmos
FR2742583A1 (fr) Transistor a effet de champ a grille isolee et a canal diffuse
EP1006573B1 (fr) Procédé de fabrication de circuits intégrés BICMOS sur un substrat CMOS classique
FR2813707A1 (fr) Fabrication d'un transistor bipolaire
EP0037764B1 (fr) Structure de dispositif à semiconducteur à anneau de garde, et à fonctionnement unipolaire
FR2860919A1 (fr) Structures et procedes de fabrication de regions semiconductrices sur isolant
EP0031260B1 (fr) Procédé d'alignement de photogravures par rapport aux murs d'isolement de caisson dans des circuits intégrés
EP1291922A1 (fr) Structure de contact sur une région profonde formée dans un substrat semiconducteur
WO2002056363A1 (fr) Structure d isolation de couches enterrees par tranchees enterrees, et procede de fabrication
EP1098364B1 (fr) Procédé de fabrication de composants de puissance verticaux

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20210806

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 3

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 4

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 5