Brevet FR2053238A1 — publié le 19710416

-1- 2053230 La présente invention se rapporte aux circuits intégrés et concerne, en particulier, d'une part, un procédé permettant de former des jonctions d'isolement FN dans de tels circuits et, d'autre part, à la structure résultante. Le procédé suivant 5 l'invention réduit à la fois le nombre d'opérations de traitement nécessaires pour produire un circuit intégré et la fraction de la superficie du circuit intégré occupée par les régions d'isolement. Un circuit intégré consiste en une série de dispositifs 10 actifs, tels que des transistors ou des diodes formés dans une unique pellicule de matériau semi-conducteur et interconnectés par des parcours conducteurs contenant des éléments passifs, tels que des résistances et des condensateurs, qui peuvent être formés soit dans la pellicule semi-conductrice, soit sur le côté 15 supérieur de celle-ci. La pellicule semi-conductrice est généralement formée sur un substrat qui la supporte et qui peut être en un matériau semi-conducteur de type de conductibilité opposé à celui de la pellicule ou en un matériau isolant. Chaque élément actif, ou chaque groupe d'éléments actifs, d'un circuit 20 intégré doit être électriquement isolé des autres éléments actifs de celui-ci. On peut y parvenir par plusieurs procédés. Généralement, on diffuse une région sélectivement conformée d'un type de conductibilité opposé à celui de la pellicule semi-conductrice, à travers celle-ci, jusqu'au substrat sous-jacent 25 à la pellicule. Lorsque les jonctions PN entre cette région diffusée et le reste de la pellicule sont polarisées en sens inverse, le ou les éléments actifs entourés par cette région diffusée et le substrat sous-jacent sont électriquement isolés des éléments actifs adjacents. Un second procédé d'isolement de cha-30 cun des éléments actifs consiste à corroder la pellicule semi-conductrice jusqu'au substrat de support pour former des "fossés" autour de chaque élément actif ou de chaque groupe d'éléments actifs. Ces "fossés" sont ensuite remplis de matériau isolant, ou bien restent vides. 35 Ces deux techniques utilisent une fraction importante de la superficie de la pellicule semi-conductrice dans laquelle le circuit intégré est formé. En conséquence, elles réduisent la "densité de groupement" du circuit; en d'autres termes, ces techniques réduisent le nombre moyen de dispositifs actifs par 70 27626 -2- 2053238 unité de superficie de la pellicule. En outre, l'utilisation de régions d'isolement diffusées implique une diffusion d'isolement à haute température, ce qui représente un processus coûteux et demandant beaucoup de temps. 5 L'invention remédie à ces inconvénients des techniques d'isolement antérieures. La technique d'isolement suivant l'invention permet d'obtenir un circuit intégré à très forte densité de groupement et élimine les laborieuses diffusions d'isolement à haute température. En outre,la technique suivant l'in-10 vention peut être adaptée à l'établissement de parcours de faible résistance entre le contact de collecteur disposé sur le côté supérieur et une couche de collecteur noyée. Suivant l'invention, on isole électriquement les uns des autres des dispositifs actifs de circuits intégrés en déposant "15 tout d'abord sur le substrat de support sous-jacent une grille d'oxyde découpée suivant une configuration correspondant à la forme de la grille d'isolement qu'on désire incorporer à la pellicule semi-conductrice. On dope cet oxyde jusqu'à obtention d'une concentration désirée, au moyen d'une impureté choisie, 20 du type N ou du type P. Ensuite, on place le substrat dans un réacteur épitaxial et l'on dépose du silicium légèrement dopé avec une impureté de type opposé à celui de l'oxyde sur la surface supérieure du substrat de support. Le silicium, déposé directement sur le substrat de support, se développe par crois-25 sance épitaxiale en formant du silicium monocristallin, tandis que le silicium déposé sur l'oxyde forme, par le même processus, du silicium polycristallin dit "posysilicium". Le dépôt se poursuit jusqu'à ce qu'un matériau semi-conducteur d'une épaisseur choisie soit formé sur le substrat de support. 30 Toutefois, au cours du dépôt du silicium, l'impureté con tenue dans la grille d'oxyde se diffU.se à partir de l'oxyde tant, dans le silicium polycristallin que dans le silicium monocristallin. Du fait que le taux de diffusion ou "diffusibilité" d'une impureté dans du silicium polycristallin est plusieurs 35 fois plus grand que la diffusibilité de la même impureté dans du silicium monocristallin, les éléments diffusants contenus dans la grille d'oxyde sont principalement transférés dans le silicium polycristallin. Bien que le silicium polycristallin soit initialement légèrement dopé avec une impureté de type 70 27626 -3- 2053238 opposé à celui de l'impureté contenue dans l'oxyde, la concentration "beaucoup plus grande de l'impureté dans l'oxyde inverse bientôt le type de conductibilité du polysicicium, cependant que, dans celui-ci, se diffuse l'impureté de l'oxyde. 5 A la fin de la formation du dépôt de silicium, le silicium monocristallin et le silicium polycristallin sont tous deux formés sur le substrat sensiblement avec la même épaisseur. Toutefois, le polysilicium dépasse le silicium monocristallin de l'épaisseur de l'oxyde sous-jacent au silicium polycristal-10 lin. La pastille résultante, qui est constituée par un substrat de support, sur lequel ont été formées par croissance des régions choisies de silicium monocristallin et de silicium polycristallin, est maintenant prête à être traitée en vue de la 15 production des éléments actifs et passifs constituant le circuit intégré désiré. Chaque ilôt de silicium monocristallin présent dans la pastille, ilôt qui est isolé par une région continue de polysilicium avec une forme déterminée par celle des parties correspondantes de la grille d'oxyde sous-jacente 20 au polysilicium, reçoit ensuite par diffusion un ou plusieurs éléments actifs et/ou passifs. Un dopage supplémentaire peut être prévu sur le côté supérieur du polysilicium au cours des diffusions appropriées. Pendant la diffusion de ces éléments, l'impureté contenue dans le polysilicium se diffuse vers l'ex-25 térieur de celui-ci dans le silicium monocristallin adjacent. Du fait que le silicium monocristallin contient une impureté de type opposé à celui de l'impureté du polysilicium, mais d'une concentration plus faible, une jonction HT est formée dans le silicium monocristallin simultanément à la diffusion des dispo-30 sitifs actifs dans celui-ci. Cette jonction HT est une jonction dure extrêmement bien délimitée. En conséquence, après achèvement du traitement du circuit intégré, une jonction FN entoure chaque groupe d'éléments actifs ou passifs. Cette jonction, lorsqu'elle est polarisée en sens inverse, isole électrique-35 ment ce groupe d'éléments actifs ou passifs des groupes adjacents d'éléments actifs ou passifs. Du fait que la largeur du polysilicium entre des ilôts adjacents de silicium monocristallin est sensiblement celle de 70 27626 2053238 la grille d'oxyde sous-jacente au polyailicium, et du fait que les "barreaux" de cette grille d'oxyde peuvent être rendus aussi minces que les techniques de masquage le permettent, la fraction de la superficie du circuit intégré occupé par les 5 régions d'isolement est notablement réduite par rapport à la fraction occupée par les régions d'isolement dans la technique antérieure. En règle générale, les "barreaux" de la grille peuvent être réalisés avec une épaisseur de quelques microns. En conséquence, la région de polysilicium comprise 10 entre des ilôts adjacents de silicium monocristallin ne présente également que quelques microns d'épaisseur. Le contact avec le côté de la jonction PN opposé au matériau monocristallin s'effectue à travers le polysilicium qui, en raison de sa forte concentration en impuretés, se comporte 15 essentiellement comme un conducteur. Du fait que les impuretés de la grille d'oxyde sous-jacente au silicium polycristallin se diffusent, non seulement vers le haut dans le silicium polycristallin pendant la croissance du silicium, mais encore latéralement - bien que beau-20 coup plus lentement - dans le silicium monocristallin, tant pendant la croissance de celui-ci que pendant que les éléments actifs et passifs s'y diffusent, la jonction d'isolement PN s'étend dans le silicium monocristallin au-delà de la grille d'oxyde pour établir un contact avec le substrat sous-jacent 25 au silicium polycristallin et au silicium monocristallin formés par croissance épitaxi aie♦ Ceci assure un isolement positif des régions actives du circuit intégré. Le procédé suivant l'invention peut également être utilisé pour établir un contact, à partir du côté supérieur du 30 fragment de semi-conducteur, avec une couche de collecteur noyée sous-jacente à un élément actif. Une région de type de conductibilité opposé à celui de l'impureté de la grille d'oxyde est diffusée dans le substrat. Une petite région de silice, contenant une impureté du même type de conductibilité que 35 l'impureté présente dans la région diffusée dans le substrat, est ensuite formée sur l'une des extrémités de cette région diffusée. La pastille est alors placée dans un réacteur épita-xial et du silicium est déposé sur sa surface supérieure comme 70 27626 -5- 2053239 précédemment. Du silicium monocristallin se forme sur les parties exposées du substrat tandis que du polysilicium se forme sur l'oxyde. Après achèvement du dépôt de silicium, des ilôts de silicium monocristallin entourés par des régions de 5 silicium polycristallin apparaissent. Toutefois, à l'intérieur de ces ilôts de silicium monocristallin, se forment des bouchons de silicium polycristallin s'étendant à partir des régions de collecteur noyées sous-jacentes au silicium monocristallin et jusqu'à la surface supérieure de celui-ci. Ces 10 bouchons ont une résistance déterminée par la concentration en impuretés des régions d'oxyde sous-jacentes, de leur longueur et de leur aire de section droite. Par un contrôle approprié de ces paramètres, on forme des parcours conducteurs à faible résistance aboutissant aux régions de collecteur des transis-15 tors dans le circuit intégré. Comme dans le cas de la grille d'isolement, ces bouchons en contact avec les collecteurs peuvent recevoir un dopage supplémentaire à partir de leur côté supérieur, par exemple pendant la diffusion normale des émetteurs. 20 Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le silicium polycristallin et le silicium monocxistallin sont formés par croissance sur le substrat par pyrolyse de silane. A environ 1 040°C, température à laquelle la pyroluse est, de préférence, effectuée, la Demanderesse a constaté que le rap-25 port entre le taux de diffusion du bore et du phosphore dans le silicium polycristallin et le taux de diffusion de ces impuretés dans le silicium monocristallin est rendu maximal. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des dessiné joints 30 qui en représentent, à titre d'exemple non limitatif, plusieurs modes de réalisation. Sur ces dessins : - la figure 1 représente une vue en perspective isométrique avec coupe de la structure suivant l'invention ; 35 - les figures 2& à 2c_ représentent une pastille de semi conducteur 10 à divers stades d'un traitement conforme au procédé suivant l'invention ; - la figure 3 représente en coupe une région d'isolement 70 27626 -6- 2053238 diffusée type de la technique antérieure ; - les figures 4-a à représentent un second mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5 est une vue en perspective isométrique avec 5 coupe de la structure représentée sur la figure 4c_, et - la figure 6 est un graphique des taux de diffusion des diverses impuretés, tant dans du silicium monocristallin que dans du silicium polycristallin. Les figures 2a à 2£ représentent le procédé et la struc-10 ture suivant l'invention. La figure 1 est une vue en perspective isométrique avec coupe d'une structure construite suivant l'invention. Elle montre la relation entre la grille d'isolement en polysilicium et la grille d'oxyde sous-jacente. Comme représenté sur la figure 2a , on dépose sur le 15 substrat 11 une grille 12 de silice. La silice 12 contient une impureté choisie, du type P ou du type N selon le type de circuit à construire. Une impureté convenable peut être, par exemple, du bore, du phosphore, de l'arsenic ou un autre agent dopant quelconque compatible avec le silicium. 20 Le substrat 11 est, de préférence, du silicium monocris tallin légèrement dopé avec une impureté du même type que celle qui est utilisée dans l'oxyde 12. Toutefois, le substrat peut être, dans certains cas, un matériau quelconque présentant une structure cristalline sensiblement analogue à celle du si-25 licium, telle qu'une spinelle ou un saphir. La grille de silice 12 est déposée sur la surface supérieure du substrat 11 suivant le dessin des régions d'isolement qu'on désire former dans une pastille de semi-conducteur pour circuit intégré. Les techniques de masquage et de corro-30 sion utilisées pour obtenir la grille de silice 12 sont bien connues dans la technique des semi-conducteurs et, par conséquent, ne seront pas décrites ici de façon détaillée. La silice elle-même, qui comporte une concentration en impuretés contrôlée, est déposée directement sur le substrat 11 à une tem-35 pérature largement inférieure à celle à laquelle une diffusion décelable se produit. Après la mise en oeuvre de procédés de gravure photolithographique classiques, une couche de silice présentant la forme de la grille désirée subsiste sur le substrat 11. 70 27626 -7- 2053238 Comme décrit par M. L. Barey et P. Olofsen dans un article intitulé : " Advances in Doped Oxides as Diffusion Sources" publié dans le volume II, N° 10 de Solid State Technologie pages 39-4-2, octobre 1968, de nombreux procédés différents sont 5 utilisés pour former par croissance ou pour déposer des sources d'oxyde contenant une concentration en agent dopant choisie sur des substrats semi-conducteurs à de basses températures. Barry et Olofsen discutent ensuite brièvement quelques-uns de ces procédés ainsi que leurs avantages et inconvénients. 10 Cette discussion ne sera pas reprise ici, mais l'article en question est incorporé dans la présente description à titre de référence. D'autres travaux de Barry et Olofsen sur les sources de diffusion d'oxyde sont décrits dans un article intitulé "Doped Oxides as Diffusion Sources publié dans le volume 116, 15 N° 6 du Journal of the Electrochemical Society pages 854 à 860, juin 1969» Cet article est également incorporé à la présente description à titre de référence. La concentration en agent dopant de la grille d'oxyde 12 est choisie de façon qu'elle soit supérieure à la concentra-20 tion initiale d'agents dopants de type de conductibilité opposé à incorporer au silicium monocristallin à former sur la surface supérieure du substrat 11. Des exemples types de concentration en agent dopant dans la grille de silice 12 sont de 20 "h 10 atomes d'impuretés par cm-7, ou plus. 25 Ensuite, le substrat 11 revêtu de sa grille de silice 12 est placé dans un réacteur épitaxial. Du silicium est alors déposé sur la surface supérieure de l'ensemble comprenant le substrat 11 et la grille d'oxyde 12. Généralement, le silicium est déposé par pyrolyse de silane. Ci-après, le substrat 11 30 avec ses couches superposées de silice, de silicium monocristallin ou de silicium polycristallin, ou d'autres matériaux sera simplement dénommé "pastille 10". Le silicium "13 formé directement sur la surface supérieure du substrat 11 est un silicium monocristallin obtenu par 35 croissance épitaxiale. Par contre, le silicium 14, formé sur la grille de silice 12, est du silicium polycristallin. Le dépôt de silicium se poursuit jusqu'à ce qu'une épaisseur de silicium désirée soit formée sur la surface supérieure de la 70 27626 -8- 2053239 pastille 10. Une épaisseur type pour le silicium déposé, qu'il soit polycristallin ou monocristallin, (figure 2b) est comprise entre 7 et 20 microns, bien qu'on puisse former de cette manière toute épaisseur de silicium désirée. En raison du fait 5 que les taux de croissance du silicium polycristallin et du silicium monocristallin sont sensiblement égaux, l'épaisseur de silicium polycristallin 14- formée sur la grille de silice 12 est égale à l'épaisseur du silicium monocristallin 13. Toutefois, le silicium polycristallin 14 dépasse en moyenne le si-10 licium monocristallin 13 de la hauteur de la grille d'oxyde 12. Cette hauteur peut varier, par exemple, entre quelques centaines d'angstroms et quelques microns. Au cours de la croissance des régions de silicium monocristallin et polycristallin 13 et 14, une impureté choisie de ty-15 pe de conductibilité opposé à celui de l'impureté de la grille d'oxyde 12 est ajoutée au silicium. Si l'on utilise dans l'oxyde un agent dopant du type P, le silicium monocristallin 13 et, initialement, le silicium polycristallin 14 sont alors du silicium du type N avec une concentration en impureté de l'ordre de 1S 7> 20 10 atomes/cm . Bu fait que la concentration en agent dopant 20 ^ de l'oxyde 12 est de l'ordre de 10 atomes /cm-7, et du fait que la diffusibilité de cet agent dopant dans le polysilicium 14 est beaucoup plus élevée que celle du même agent dopant dans le silicium monocristallin 13» le silicium polycristallin 14 25 passe, en raison de la diffusion de l'agent dopant de l'oxyde dans le polysilicium au cours de la croissance de celui-ci, d'une conductibilité du type N à une conductibilité du type P. Par ailleurs, si l'oxyde 12 et, par conséquent, le silicium polycristallin 14, contiennent tua agent dopant du type N, le 30 silicium monocristallin 13 contient un agent dopant du type P avec une concentration de l'ordre de 10 atomes/cm^. La frontière 18 entre le silicium polycristallin 14 et le silicium monocristallin 13 est nettement définie et est sensiblement perpendiculaire à la surface supérieure du substrat 11. 35 Pendant la croissance simultanée du silicium polycristallin et du silicium monocristallin sur la pastille 10, la largeur du silicium polycristallin 14 reste sensiblement égale à celle de la grille d'oxyde sous-jacente 12 avec toutefois un léger évase- 70 27626 -9- 2053239 ment vers l'extérieur du silicium polycristallin à mesure que son épaisseur augmente. Des observations expérimentales indiquent que, pour une couche de silicium polycristallin de 7 microns de hauteur, la largeur de la partie supérieure exposée du 5 silicium polycristallin dépasse de 3 ji environ la largeur de sa partie inférieure, quelle que soit la largeur initiale de la grille d'oxyde sous-jacente au silicium polycristallin. Les techniques de croissance épitaxiale du silicium sont bien connues. 10 Pendant la croissance du silicium polycristallin et mono- cristallin, qui progressent généralement à un taux de 0,3 à 1 ji/mn pour une température du réacteur de 1 040°C, l'agent dopant contenu dans la grille d'oxyde 12 pénètre de bas en haut dans le silicium polycristallin nouvellement formé. Cet 15 agent dopant pénètre également latéralement dans le silicium monocristallin nouvellement formé adjacent mais, en raison du fait que la diffusibilité d'un agent dopant donné dans du silicium polycristallin est beaucoup plus grande que celle du môme agent dopant dans du silicium monocristallin, la majeure par-20 tié de l'agent dopant pénètre dans le silicium polycristallin. La figure 6a indique les coefficients de diffusion du bore, agent dopant du type P, à partir de silice, tant dans le silicium polycristallin que dans le silicium monocristallin, en fonction de la température de dépôt du silicium. Les coeffi-25 cients de diffusion sont exprimés sous la forme v^D» D étant la diffusibilité. D est défini, par exemple, dans le chapitre 3 de l'ouvrage de A.S. Grove "Physics and Technology of Semi-conductor Devices" publié par John Widley et Sons, Inc., 1967. La diffusibilité D s'exprime en unités de distance au carré par 30 unité de temps. Du fait que le taux de diffusion est proportionnel à la racine carrée de D, et du fait que le taux de diffusion est le paramètre qui représente la distance dé diffusion en fonction du temps, les ordonnées de la courbe de la figure 6a représentent v D. Les abscisses de la figure 6«i représen-35 tent la température à laquelle le silicium monocristallin et le silicium polycristallin se sont déposés sur le substrat 11. La figure 6a montre que le taux de.diffusion du bore Hana du silicium monocristallin est indépendant de la température de 70 27626 -10- 2053238 dépôt de celui-ci. Cette particularité est mise en évidence par la ligne horizontale qui coupe les ordonnées pour une valeur de \fï de 0,15- Par contre, le bore se diffuse dans le silicium polycristallin à un taux largement dépendant de la 5 température à laquelle celui-ci a été déposé. La figure 6a montre que le taux de diffusion du bore est maximale pour une température de dépôt de l'ordre de 1 040°C. A cette température de dépôt, la différence entre les taux de diffusion du bore dans le silicium polycristallin et dans le silicium mono-10 cristallin est rendue maximale. L'une des caractéristiques de l'invention réside en ce que la croissance du silicium polycristallin et monocristallin sur le substrat 11 s'effectue par pyrolyse de silane à environ 1 040°C. En conséquence, au cours du dépôt du silicium polycristallin et monocristallin sur le 15 substrat 11, l'agent dopant contenu dans la grille d'oxyde 12 (figures 1 et 2a, 2b et 2ç_) se diffuse dans le silicium polycristallin 14 à un taux qui a été rendu maximal par rapport à la diffusion de cet agent dopant dans le silicium monocristallin adjacent. La figure 6a montre que la gamme des températu-20 res de dépôt situées de part et d'autre de 1 040°C, sur laquelle cette différence des taux de diffusion est rendue sensiblement maximale, est très étroite; elle est de l'ordre de + 10 à 15°C. En outre, des travaux expérimentaux indiquent qu'à mesure que la température de diffusion croît, la diffé-25 rence entre les taux de diffusion du bore dans le silicium polycristallin et dans le silicium monocristallin diminue. Il est à noter que, bien que la concentration en bore dans la grille d'oxyde 12 soit de l'ordre de 2 % en poids, VÎT est pratiquement indépendant de cette concentration de sorte que 30 le graphique représenté sur la figure 6a est valable pour d'autres concentrations en bore de l'oxyde. La figure 6b représente les coefficients de diffusion du phosphore, agent dopant du type N, à partir d'un oxyde de silicium (silice), tant dans le silicium polycristallin que dans 35 le silicium monocristallin en fonction de la température de dépôt du silicium. Ici encore, le coefficient de diffusion s'exprime sous la forme \/d", en unités de longueur par unité de temps à la puissance 1/2. Ces coefficients de diffusion sont 70 27626 -11- 2053238 mesurés à 1 040°C. Comme précédemment, le taux de diffusion du phosphore dans le silicium polycristallin varie rapidement avec la température de dépôt de celui-ci, tandis que le taux de diffusion du phosphore dans le silicium monocristallin est 5 constant, quelle que soit la température de dépôt de celui-ci. La différence maximale entre les taux de diffusion, qui est de l'ordre de 1,35 microns par heure à la puissance 1/2, se produit pour une température de dépôt du silicium de 1 040°C, température optimale pour le dépôt du silicium par pyrolyse de 10 silane. En outre, comme représenté sur la figure 6b, la différence entre les taux de diffusion du phosphore dans le silicium polycristallin et dans le silicium monocristallin diminue elle aussi rapidement lorsque la température de dépôt croît ou décroît à partir de 1 040°C. 15 Les coefficients de diffusion indiqués sur la figure 6b, reflètent la diffusion du phosphore à partir de silice dans du silicium polycristallin ou monocristallin. La concentration en phosphore de l'oxyde est de 5 % en poids, mais, ici encore, le coefficient de diffusion ne varie pas de façon appréciable 20 en réponse à de faibles variations de la concentration en phosphore de l'oxyde par rapport à ce pourcentage optimal. Il est clair d'après les figures 6a et 6b que les taux de diffusion du bore et du phosphore à partir de silice dans du silicium polycristallin adjacent sont beaucoup plus grands 25 que les taux de diffusion de ces mêmes impuretés, toujours à partir de silice, dans du silicium monocristallin adjacent. Il est clair également que la différence maximale entre ces taux de diffusion se produit à une température de l'ordre de 1 040° C, température à laquelle les régions de silicium 13 et 14 30 sont formées par croissance, sur la surface supérieure de l'ensemble comprenant le substrat 11 et l'oxyde 12, par pyrolyse de silane. En conséquence, pendant la croissance de la région de silicium polycristallin 14 et de la région de silicium monocristallin 13, une impureté contenue dans la grille 35 d'oxyde sous-jacente 11 se diffuse principalement dans le silicium polycristallin superposé 14. La pastille 10, représentée sur la figure 2b est maintenant prête pour la diffusion des éléments semi-conducteurs 70 27626 -12- 2053238 actifs et passifs dans chacun des ilôts du matériau 13 (silicium monocristallin) entourés du matériau 14 (silicium polycristallin) . Pendant la diffusion de ces éléments par des techniques bien connues telles que le procédé "planar" décrit dans 5 les brevets des Etats-Unis d'Amérique 3 025 589 et 3 064 167, l'agent dopant contenu dans la région de silicium polycristallin 14 continue à se diffuser verticalement dans celui-ci, tout en se diffusant latéralement vers l'extérieur dans les régions adjacentes de silicium monocristallin. Cette diffusion s'effec-10 tue sensiblement au même taux que la diffusion d'impuretés du type P ou du type N dans le silicium monocristallin. Au cours de la diffusion dans un ou plusieurs ilôts choisis du silicium monocristallin 13, d'une impureté de type opposé à celui de l'impureté des régions de silicium monocristallin 15 13 pour former les régions de base de transistors, l'impureté contenue dans le silicium polycristallin 14 seddiffuse latéralement au même taux dans le silicium monocristallin adjacent. Ensuite, au cours de la diffusion d'une région d'émetteur dans chaque région de base précédemment diffusée, l'impureté prove-20 nant du polysilicium 14 continue sa pénétration latérale dans le silicium monocristallin 13» Après achèvement de la diffusion des éléments actifs et/ou passifs dans le silicium monocristallin 13, l'impureté contenue dans le silicium polycristallin 14 a subi une migration et a pénétré dans le silicium monocristal-25 lin adjacent 13 pour former des jonctions PN 15, 16 et 17, comme représenté sur la figure 2c.. Pour simplifier, les dispositifs actifs diffusés en commun dans la surface supérieure du silicium monocristallin 13 ne sont pas représentés sur la figure 2c. 30 Les jonctions PN 15, 16 et 17 sont des jonctions nettement définies sensiblement perpendiculaires, en moyenne, à la surfa- . ce supérieure du substrat 11. Ces jonctions sont sensiblement à une distance de la frontière 18 (figure 2b) entre le silicium polycristallin 14 et le silicium monocristallin 13 égales à la 35 profondeur de la base d'un transistor diffusée dans le silicium 13- En conséquence, si la grille d'oxyde 12 a une largeur de 5 microns, et si la jonction base-collecteur d'un transistor est à quelques microns, de la surface supérieure du silicium 13, 70 27626 -13- 2053238 la région d'isolement formée par les éléments diffusants qui pénètrent à partir du silicium polycristallin dans le silicium monocristallin adjacent 13 a, au plus, 14 ou 15 microns de largeur. Ceci représente une réduction considérable de la largeur 5 d'une région d'isolement par rapport aux largeurs de régions d'isolement diffusées obtenues en diffusant une impureté à partir de la surface supérieure du silicium monocristallin 13 jusqu'au substrat 11. Une région d'isolement diffusée de la technique antérieure 10 cLe ce type est représentée sur la figure 3- Pour assurer un contact entre la région d'isolement 30 et le substrat sous-jacent, la largeur de cette région d'isolement doit être au moins égale au double de l'épaisseur du silicium 32 formé par croissance épitaxiale plus la largeur de la fenêtre 33 pratiquée 15 dans la couche d'oxyde 34 et à travers laquelle opasse la matière diffusée. Les largeurs types de la région d'isolement 30, pour assurer un contact positif avec le substrat sous-jacent 35, varient de 20 microns jusqu'à 50 microns et plus. La région d'isolement 30 est du type de conductibilité opposé à celui du 20 silicium 32 formé par croissance épitaxiale et est électriquement isolée de celui-ci par une polarisation inverse de la jonction PN 31• Au cours de la croissance des régions de polysilicium 14 et des régions de silicium monocristallin 13, l'impureté conte-25 nue dans la grille d'oxyde 12 se diffuse,non seulement dans la région de silicium polycristallin 14, mais aussi latéralement dans les régions de silicium monocristallin adjacentes 13» Bien que le taux de diffusion de cette impureté dans les régions de silicium monocristallin 13, soient, comme précédemment décrit, 30 notablement inférieur au taux de diffusion de cette impureté dans les régions de silicium polycristallin superposées 14, la diffusion latérale de l'impureté à partir de l'oxyde 12 dans le silicium monocristallin adjacent 13 assure un contact positif des régions 15a, 16a et 17a de ces jonctions avec le substrat 35 sous-jacent 11. Dans certains modes de réalisation, le substrat 11 est de même dopé avec une impureté du même type de conductibilité que celui de l'impureté contenue dans l'oxyde 12. En conséquence, chaque ilôt de silicium monocristallin 13 entouré 70 27626 -14- 20S3238 par le silicium polycristallin 14 et le substrat sous-jacent 11 est effectivement isolé des ilôts adjacents de silicium monocristallin 13 si l'on applique une polarisation inverse, d'une part, aux jonctions PN entre le silicium monocristallin 13 et 5 le silicium polycristallin 14, et, d'autre part et dans certains cas, entre le silicium monocristallin 13 et le substrat 11. Les figures 4a à 4£ représentent un second mode de réalisation de l'invention. Les éléments de ces figures identiques à des éléments correspondants représentés sur les figures 2a à 10 2£ sont désignés par les mêmes références numériques que sur celles-ci. Sur la figure 4a, une grille 12 de silice est formée sur le substrat 11 qui pourrait être, par exemple, en silicium monocristallin. Puis, la région 21 est formée dans le substrat 11 par- diffusion d'un agent dopant choisi, de type de conducti-15 bilité opposé à celui de l'agent dopant contenu dans la grille de silice 12, à travers la surface supérieure du substrat 11 jusqu'à une profondeur choisie. Si la grille de silice 12 contient une impureté du type P telle que du bore, la région 21 est alors formée en utilisant une impureté du type N telle que 20 l'antimoine ou l'arsenic. La région 21 peut présenter toute forme désirée. La concentration en impureté de la région 21 est AQ -1 de l'ordre de 10 atomes/cnr tandis que la concentration en 2>i impureté de la grille de silice 12 est de l'ordre de 10 atomes/cm^. 25 Une petite région de silice 20, qui est, toutefois, dopée avec une impureté du même type de conductibilité que celui de l'impureté de la région 21, est ensuite formée sur l'un des bords de celle-ci. La région de silice 20 peut être dopée avec du phosphore, de l'arsenic, de l'antimoine, ou toute autre im-30 pureté du type N si l'on désire la présence d'une impureté de ce type dans ladite région. Ensuite, on place la pastille 10 dans un réacteur épita-xial et l'on dépose du silicium sur la surface supérieure de cette pastille jusqu'à concurrence d'une épaisseur choisie. Ici 35 encore, comme dans le cas de la structure représentée sur les figures 2a à 2£, le silicium monocristallin 13 se forme directement sur la surface du substrat 11, tandis que le silicium polycristallin 14 et 23 se forme sur la grille de silice 12 et sur 70 27626 -15- 2053238 la région de silice 20. Au cours de la croissance des régions de silicium monocristallin et polycristallin, l'agent dopant contenu dans la région 21 se diffuse légèrement dans la région de silicium monocristallin superposée 13 pour former la région 5 22, comme représenté sur la figure 4b. En même temps, les agents dopants contenus dans la grille de silice 12 et dans la région de silice 20, qui peuvent être, par exemple, respectivement, du bore et du phosphore, se diffusent rapidement dans les régions de polysilicium superposées nouvellement formées 14 et 10 23, respectivement. Après achèvement de la croissance du silicium monocristallin et du silicium polycristallin, la pastille 10 se présente, en section droite, comme représenté sur la figure 4b. Ici encore, les régions de silicium monocristallin 13 et de silicium 15 polycristallin 14 et 23 ont approximativement la même épaisseur, les régions polycristallines dépassant en moyenne les régions monocristallines de l'épaisseur des régions de silice sous-ja-centes 12 et 20. Toutefois, la région polycristalline 14 est dopée avec une impureté de type de conductibilité opposé à 20 celui de l'impureté utilisée pour doper la région de polysilicium 23- Des dispositifs actifs et/ou passifs sont ensuite diffusés dans chaque ilôy de silicium monocrrstallin 13« Un petit segment d'une structure type, représenté schématiquement sur la 25 figure 4£, consiste en un élément actif contenant généralement un émetteur 26 du même type de conductibilité que la région de silicium monocristallin 13, mais avec une concentration en impuretés plus forte, diffusé dans une région de base 25 du même type de conductibilité que la région de polysilicium 14. 30 La concentration en impureté de la région de base 25 est, bien entendu, inférieure à celle de la région d'émetteur 26. Le collecteur du transistor est formé à partir du matériau 13 adjacent (silicium monocristallin). Le contact avec cette région de collecteur est établi à travers une couche no-35 yée sous-jacente consistant en régions 22 et 21 de même type de conductibilité que le silicium monocristallin 13, mais plus fortement dopées, leur concentration en impureté étant de l'or-18 3 dre de 10 atomes/cm . Le contact entre la surface supérieure 70 27626 -16- 2053238 de la pastille 10 et cette couche noyée est, à son tour, établi à travers le petit bouchon de silicium polycristallin 23 formé au-dessus de la région de silice 20. La région de silicium polycristallin 23 offre un parcours de résistance extrêmement 5 faible vers les régions 22 et 21 formées sur la couche noyée. On peut ajuster la résistance de ce parcours en contrôlant l'aire de section droite de la région de silicium polycristallin 23 ainsi que sa concentration en impureté. Il est à noter que la région de silice 20 n'interfère pas 10 avec le parcours conducteur qui relie la région polycristalli-ne 23 à la couche noyée 22, 21. Au contraire, du fait que l'impureté contenue dans la région de silicium polycristallin 23 et dans la silice 20 s'est diffusée dans les régions adjacentes de silicium monocristallin 13 au cours de la diffusion de 15 la base 75 et de l'émetteur 26 dans celui-ci, un parcours conducteur est formé dans la région 24a autour de la silice 20. La figure 5 représente une vue en perspective isométrique avec coupe de la structure de la figure 4c. Cette vue montre que les régions d'isolement et de bouchon en polysilicium 14 20 et 23 suivent très fidèlement les "barreaux" de la grille d'oxyde 12 et de la région de silice 20, respectivement, placés sur la surface supérieure du substrat 11. Etant donné que les "barreaux" de la grille de silice 12 peuvent être pax exemple de 2 microns de largeur seulement et même plus étroits encore, 25 la région d'isolement en silicium polycristallin présente sur la surface supérieure de la pastille 10 n'a tout au plus qu'une largeur supérieure de quelques microns à cette valeur de 2 microns. En conséquence, la largeur des zones d'isolement se trouve réduite par rapport à celle de régions d'isolement compara-30 bles de dispositifs de la technique antérieure, sensiblement dans le rapport de 10 à 1. L'économie résultante, en ce qui concerne l'encombrement de la surface de la pastille, permet une utilisation beaucoup plus efficace du matériau semi-conducteur et une production des dispositifs à un prix de revient 35 plus bas. Les procédés suivis pour obtenir les structures de l'invention sont mis eh évidence par les exemples ci-après. 70 27626 -17- 2053238 Exemple I Cet exemple décrit la préparation d'une pastille dans laquelle on peut former des dispositifs NPN. Une grille de silice 12 dopée au bore est déposée jus-5 qu'à concurrence d'une épaisseur de l'ordre de 1 500 Angstroms sur un substrat 11 par oxydation de gaz silane (SiH^) et diborane dans un réacteur à tuyère. Le substrat, qui est en silicium monocristallin dopé au bore, impureté du type P, jusqu'à concurrence d'une concentration en impureté de l'or-15 z 10 dre de 10 atomes/cm , est à une température de 400°C. Le débit de silane est de 12 cm^/mn; le débit de diborane est de 1,2 cm^/mn. En outre, on fait passer 75 cm^/mn d'oxygène, 2 3 112 cm /mn d'argon et 2,2 cm-ymn d'azote à travers le réacteur. 15 La silice dopée au bore est masquée et gravée par des techniques photolithographiques bien connues. Le corrosif est une solution également bien connue de fluorure d'ammonium et d'acide fluorhydrique. On interrompt la corrosion lorsqu'on a obtenu la configuration de grille d'isolement en silice do-20 pée au bore désirée sur le substrat 11. La pastille 10 contenant la grille d'oxyde 12 est soigneusement rincée et nettoyée en uiilisant des techniques bien connues dans le domaine des semi-conducteurs. Puis, on dépose du silicium par pyrolyse de silane (SiH^) avec un agent do-25 pant du type N incorporé à la pellicule au cours du dépôt. En vue de ce dépôt, le substrat 11 est chauffé dans un réacteur haute-fréquence horizontal à 1 040°C. On fait passer de l'hydrogène à travers la chambre du réacteur avec un débit de 68 litres par minute et sous une pression d'une atmosphè-30 re. Les gaz réactifs sont introduits dans le courant de véhicule gazeux pour assurer le taux de croissance et la résis-tivité désirés. Pour une pellicule de silicium monocristallin de 0,5 ohm/cm, on ajoute de l'arsine (AsHx) à une pression -9 partielle de l'ordre de 4,6 x 10 ? atmosphère. Une concentra-35 tion en silane de 0,185 mole % assure un taux de dépôt de 0,45 micron par minute. Le silicium déposé sur la surface exposée du substrat 11 est du silicium monocristallin, tandis que le silicium 14 déposé sur la grille d'oxyde 12 est du si 70 27626 -18- 2053238 10 licium polycristallin. On prolonge le dépôt de silicium pendant 15 minutes environ, pour former sur le substrat 11 une pellicule de silicium d'environ 7 microns d'épaisseur. Cette pellicule de silicium est formée de régions de silicium monocristallin 13 isolées par une grille de silicium polycristallin 14. On utilise alors des techniques de diffusion et de masquage d'oxydation classiques pour fabriquer les éléments actifs et passifs d'un circuit intégré. Aucune diffusion à travers un masque d'isolement séparé n'est effectuée. Toutefois, il est à noter que la grille d'isolement en silicium polycristallin 14 peut, si on le désire, être exposée ou "ouverte" et que des agents dopants peuvent être diffusés dans cette grille à partir de la surface supérieure simultanément à la formation des bases des transistors dans le silicium monocristallin 13» 15 Exemple II Cet exemple décrit la préparation d'une pastille destinée à être utilisée avec des dispositifs ENP. On dépose de la silice dopée au phosphore jusqu'à concurrence d'une épaisseur d'environ 1 500 angstroms sur le substrat 20 11 par oxydation de gaz silane (SiH^) et de phosphine (Phj) dans un réacteur à tuyère. Le substrat dopé avec des impuretés du type N jusqu'à concurrence d'une concentration de l'ordre de 10^ atomes/cm^ est maintenu à 400°C. Le débit de silane est de 10 cm^/mn et le débit de phosphine, de 0,2 cm^/mn. En outre, 25 on fait passer, à travers le réacteur, de l'oxygène à raison de 50 cm^/mn, de l'argon à raison de 97 cm^/mn et de l'azote à raison de 2,2 litres/mn. La silice dopée au phosphore est ensuite masquée et gravée par des techniques photolithographiques bien connues, une solution corrosive de fluorure d'ammonium et 30 d'acide fluorhydrique étant utilisée à cet effet. Ceci laisse subsister une grille de silice dopée au phosphore 12 sur la surface supérieure du substrat 11, cette grille présentant la configuration désirée. Ensuite, on dépose une couche de 'silice sur la surface 35 supérieure de l'ensemble comprenant le substrat 11 et la grille 12. Ce processus de dépôt est identique à l'opération correspondante de l'exemple I, à cela près qu'on utilise du diborane comme Saz dopant pour assurer l'obtention d'une région 70 27626 -19- 2053238 13 de silicium monocristallin du type P, et non plus du type N comme dans l'exemple I. Les températures du réacteur et les débits sont les mêmes que dans l'exemple I en ce qui concerne le silane et le véhicule gazeux. La pression partielle du di- —8 0 5 borane est de l'ordre de 10" à 10~ atmosphère suivant la résistivité qu'on désire obtenir dans la région de silicium monocristallin 13* Ici encore, des opérations de diffusion et de masquage d'oxydation classiques sont utilisées pour fabriquer les élé-10 ments actifs et passifs des circuits intégrés. De même, ici encore, aucune diffusion séparée à travers un masque isolant n'est effectuée, l'isolement des régions actives étant obtenu par application d'une polarisation inverse à la jonction PN formée entre la région de silicium polycristallin 14 et la ré-15 gion de silicium monocristallin 13. Il est à noter que, si on le désire, des impuretés peuvent être diffusées dans la région de silicium polycristallin 14 A à partir de la surface supérieure de celle-ci, simultanément à la diffusion des bases de dispositifs actifs tels que des 20 transistors bipolaires. Exemple III Dans cet exemple est décrit un circuit intégré qui contient, outre des parois d'isolement en silicium polycristallin, des bouchons en silicium polycristallin s'étendant à par-25 tir de la surface supérieure du silicium monocristallin 13 jusqu'à une couche de collecteur noyée 21, 22 sous-jacente à la région de silicium monocristallin 13» Ici encore, de la silice contenant une concentration choisie de bore, impureté du type P, est déposée jusqu'à con-30 currence d'une épaisseur de 1 500 angstroms sur une substrat 11 par oxydation de gaz silane (SiH^) et diborane à 400°C. Le débit de silane est de 12 cm^/mn, le débit de borane de 1,2 cm^/mn, le débir d'oxygène de 75 cm^/mn, le débit d'argon de 112 cm^/mn et le débit d'azote de 2,2 litres/mn. La couche 35 de silice dopée au bore est masquée et gravée par des techniques photolithographiques bien connues. Le corrosif est, ici encore, une solution de fluorure d'ammonium et d'acide fluor-hydrique. Le résultat obtenu est une configuration de grille d'isolement 12 en silice dopée au bore sur le substrat 11. 70 27626 -20- 2053238 Ensuite,on dépose une couche de silice dopée au phosjiho-re jusqu'à obtention d'une épaisseur de 1 500 angstroms sur un substrat 11 par oxydation de gaz silane (SiH^) et phosphine (EHj) dans un réacteur à tuyère. La température du subs-5 trat est ici encore de 400°C. Le débit de silane est de 10 cm^/mn, le débit de phosphine, de 0,2 cm^/mn, le débit d'oxy- *5 3 gène , de 50 cnr/mn, le débit d'argon, de 97 cnr/mn et le débit d'azote, de 2,2 litres/mn. Cette silice dopée au phosphore est ensuite masquée et gravée par des techniques photoli-10 thographiques bien connues pour laisser subsister une région de silice 20 dopée au phosphore sur le substrat 11. Le corrosif est, comme précédemment, une solution corrosive y'ammonium et d'acide fluorhydrique. La région de silice 20 est conformée suivant la configuration désirée qu'on désire don-15 ner à l'aire de section droite du bouchon de polysilicium 23 utilisé pour établir un contact entre le côté supérieur de la pastille 10 et la région de collecteur 13 du transistor représenté sur les figures et 5» Toutefois, certaines précautions doivent être prises pendant la corrosion de la cou-20 che de silice dopée au phosphore, afin de ne pas faire disparaître la grille d'isolement de silice dopée au bore sous-jacente. Heureusement, l'oxyde dopé au phosphore se corrode plus rapidement que l'oxyde dopé au bore. Néanmoins, des précautions doivent être prises pour contrôler soigneusement 25 le temps total pendant lequel la pastille 10 est corrodée pour éviter la destruction indésirable de la grille d'oxyde 12. Ensuite, comme dans les exemples I et II, on dépose du silicium sur la grille d'oxyde 12 et sur la région d'oxyde 30 20 jusqu'à obtention d'une épaisseur choisie, par pyrolyse de silane, avec un agent dopant du type N. Cette pyrolyse s'effectue, ici encore, dans un réacteur horizontal chauffé par haute-fréquence à une température de 1 040°C. Les paramètres du réacteur et le débit sont les mêmes que ceux qui ont été 35 indiqués ci-dessus dans l'exemple I. La diffusion de dispositifs actifs s'effectue à nouveau comme dans l'exemple I. Toutefois, le contact avec la région de collecteur d'un transistor diffusé quelconque s'effectue, 27626 -21- 2053239 à travers le bouchon de silicium polycristallin 23, avec une région de collecteur noyée sous-jacente. En conclusion, il y a lieu de souligner que les figures 1 à 5 représentent sous une forme schématique une petite fraction seulement d'une structure beaucoup plus grande. En outre, ces figures ne sont pas dessinées à l'échelle et ne montrent aucune des couches d'isolement, de passivation, ou de métalli-sation couramment utilisées avec les circuits intégrés. Bien qu'un seul transistor diffusé soit représenté dans le silicium monocristallin 13, une grande variété de dispositifs, tant actifs que passifs, peuvent bien entendu être diffusés dans les pastilles de semi-conducteur suivant l'invention. Enfin, l'expression "type de conductibilité" utilisée dans la description et dans les revendications pour caractériser une impureté se réfère au type de conductibilité d'un matériau semiconducteur contenant cette impureté par prédominance. 70 27626 -22- 2053238 REVENDICATIONS 1.- Structure semi-conductrice comprenant un substrat sur lequel sont formées une série de régions isolées de matériau semi-conducteur monocristallin, chacune de ces régions 5 étant propre à contenir au moins un dispositif semi-conducteur ladite structure étant caractérisée en ce que le substrat contient, sur une surface choisie, une grille d'un oxyde de ce matériau semi-conducteur, cette grille contenant elle-même une impureté choisie, et en ce que les régions de matériau 10 semi-conducteur monocristallin sont formées sur les parties de ladite surface choisie qui ne sont pas couvertes par ladite grille et sont séparées, d'une part, par du matériau semiconducteur polycristallin formé sur l'oxyde et, d'autre part, par ledit oxyde lui-même. 15 2.- Procédé de formation d'une structure semi-conductri ce suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à former une grille d'un oxyde de ce matériau semiconducteur sur une surface choisie d'un substrat formé du même matériau semi-conducteur, ledit oxyde contenant une con-20 centration choisie d'une première impureté, d'un premier type de conductibilité, dans le matériau semi-conducteur et à déposer du matériau semi-conducteur jusqu'à concurrence d'une épaisseur choisie sur les surfaces du substrat et de la grille, un matériau semi-conducteur monocristallin étant formé 25 directement sur la surface de ce substrat, tandis qu'un matériau semi-conducteur polycristallin est formé sur la surface de cet oxyde.