Brevet FR2034731A1 — publié le 19701211

La présente invention concerne un procédé pour la fabrication d'un dispositif semiconducteur. La présente invention a pour objet de prévoir un procédé amélioré pour attaquer sélectivement un matériau semiconducteur. 5 La présente invention prévoit un procédé pour la fabrication d'un dispositif semiconducteur comprenant au moins un premier matériau d'un type de conductivité, un second matériau d'un type de conductivité différent de celui du premier matériau et une jonction entre les premier et second matériaux, le procédé consistant à attaquer le premier matériau, le réactif d'attaque étant sélectif ou d'une com-10 position telle qu'il agit sur le premier matériau, mais non sur le second matériau. Les objets et caractéristiques de la présente invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins ci-annexés dans lesquels : 15 Les figures 1A à 1E représentent les divers•stades de la fabrication de dio des à anneau de garde par le procédé prévu selon l'invention. La figure 2 représente m autre stade de la fabrication de diodes à anneau de garde par le procédé prévu selon l'invention. Les figures jA à JD représentent les divers stades de la fabrication d'une 20 jauge de contrainte suivant le procédé prévu selon l'invention. Dans le procédé prévu selon l'invention, on utilise une solution d'attaque qui est un mélange de diamine, de catéchol et d'eau et qui a la propriété d'attaquer le silicium du type n, mais non le silicium du type p, dans les substrats qui comprennent des régions des deux types formant une jonction pn. Ainsi, la 25 profondeur maximale des zones attaquées du substrat est limitée par la jonction pn. On obtient un substrat comprenant une jonction p - n en partant d'un substrat de silicium de conductivité du type n ou du type p. Pour les besoins de la présente description on suppose qu'uîi substrat de silicium du type n est utilisé. La JO jonction p - n est formée soit en diffusant une substance de dopage p +, par exemple du bore à partir de son oxyde, à partir d'une surface du substrat, soit en formant une couche de silicium du type p sur une surface du substrat par croissance épitaxiale. La solution d'attaque préférée est un mélange d'éthylène diamine, de catéchol 35 et d'eau, bien que l'éthylène diamine puisse être remplacé par l'hydrazène diamine ou le propylène diamine, et que le catéchol puisse être remplacé par ceux de ses dérivés tel : hydroxil 1,2, méthylbenzène 4 qui forment un complexe avec le silicium. Une composition typique de solution d'attaque préférée comporte : éthylène 40 diamine 17 millitres, catéchol 3 grammes, eau 8 millilitres. 70 08093 2034731 2 On va maintenant décrire, à titre d'exemple, la fabrication d'un réseau de diodes à anneau de garde et d'un réseau de jauges de contrainte pour illustrer diverses applications du procédé selon l'invention. Il est évident que des unités individuelles peuvent être obtenues par les mêmes procédés de fabrication. 5 Le matériau d'origine pour la fabrication d'une série de diodes à anneau de garde est un substrat de silicium 1,de préférence orienté selon 100, qui, ainsi que le montre la figure 1A comporte une jonction p - n qui est définie par les couches 2 du type p et 3 du type n. Au cours du premier stade du procédé de fabrication, la structure représen-10 tée à la figure 1B est obtenue en recouvrant la surface de la couche 3 de type n d'une couche 4 d'oxyde de silicium, par exemple du monoxyde de silicium ou du bioxyde de silicium, par tout procédé connu. Les fenêtres 5 sont ensuite ouvertes à travers la couche 4 par attaque au moyen d'acide fluorhydrique, la zone avoi-sinante étant protégée contre l'attaque en utilisant par exemple une.technique 15 photolithographique. Le stade suivant dans le processus de fabrication consiste à attaquer la couche du type n avec la solution d'attaque à base de diamine, de catéchol et d'eau, pour obtenir la structure représentée à la figure 1C. La profondeur des zones attaquées 6 est limitée par la jonction p - n et l'épaisseur du substrat 20 de silicium à ces points est donc déterminée par l'épaisseur de la couche 2 de type p. Un matériau de dopage n +, par exemple du phosphore, est maintenant diffusé à partir de son oxyde dans les parois des zones attaquées 6 pour constituer les . couches 7 et donner la stucture représentée à la figure 1D. L'oxyde de silicium 25 qui subsiste est ensuite éliminé du substrat. Au cours du stade suivant du processus de fabrication, les couches métalliques 8 et 9i par exemple en aluminium ou en nickel, sont respectivement déposées par évaporation sur la surface 10 de la couche 2 et alliées à cette surface, et aux couches diffusées 7 et à la zone restante de la surface de la couche 3> ce 30 qui donne la structure représentée à la figure 1E. Les couches 8 et 9 constituent les électrodes des diodes à anneau de garde. Le stade final du processus de fabrication consiste à subdiviser la structure représentée à la figure 1E en diodes à anneau de garde individuelles, en la découpant selon les lignes 11 et 12 de la figure 1C. 35 En variante, le réseau de diodes à anneau de garde peut être séparé en diodes individuelles en modifiant le processus de fabrication suivant la manière illustrée à la figure 2. Selon cet arrangement, une rainure 13 de section en V est constituée le long de chaque ligne 11 et 12 ce qui peimet au substrat d'être séparé en diodes individuelles. Le processus d'attaque à l'aide d'une solution 40 de diamine,de catéchol et d'eau entraine, en l'absence de tout autre critère 70 08093 2034731 restrictif, la formation d'une cavité en forme de pyramide, la profondeur de la cavité étant déterminée par la dimension de la zone exposée de la couche 3 du type n. La rapidité drattaque est très grande jusqu'à ce qu'elle soit ensuite considérablement réduite. Ainsi, si préalablement au stade d'attaque du processus 5 de fabrication ou, en variante au cours d'un stade antérieur ou postérieur, des fenêtres sont ménagées dans la couche d'oxyde de silicium 4 en des positions N correspondant aux positions des rainures 13., celles-ci peuvent alors être gravées dans la couche du type n. La largeur des fenêtres doit permettre la formation des rainures simultanément à la formation des zones attaquées 6 ou durant celle-ci. 10 (voir figure 1C). La couche métallique 9 peut être remplacée par un remplissage des zones attaquées 6 après la formation des couches 7, avec du cuivre, par tout procédé connu. Le remplissage de cuivre constitue une électrode de la diode en même temps qu'un drain calorifique. 15 Le matériau d'origine pour la fabrication d'une jauge de contrainte est un substrat de silicium du type de conductivité n. Dans un but de simplification, on a représenté seulement la partie du substrat dans laquelle deux des jauges de contrainte du réseau sont formées.Au cours du premier stade du processus de fabrication, la structure représentée à la figure ~$h est obtenue en polissant une 20 surface du substrat 14 de silicium du type n et en la recouvrant d'une, couche 15 d'oxyde de silicium, par exemple du monoxyde de silicium ou du bioxyde de silicium, par tout procédé connu. Les fenêtres 16 sont ensuite ouvertes dans la couche 15 par attaque à l'acide fluorhydrique, la zone environnante étant masquée contre l'attaque à l'aide d'une technique photolithographique. Une substance de dopage 25 du type p +, par exemple du bore, est ensuite diffusée à partir de son oxyde dans la surface du substrat pour constituer les régions 17 qui forment chacune l'élément actif de la jauge de contrainte. Pour obtenir une sensibilité maximale, le substrat est orienté de manière que les jauges de contrainte soient placées le long d'un axe (iii), c'est-à-dire dans le sens de la flèche 'X', 30 Durant le processus de diffusion l'oxyde de silicium croît de nouveau et, par conséquent, les fenêtres 18 représentées à la figure 3B sont ouvertes dans la couche d'oxyde par la technique d'attaque précédemment décrite, de manière à constituer les structures représentées à la figure 33- 35 minium ou en nickel, sont formés sur la surface des régions diffusées 17 après masquage appropriée par évaporation et alliage. Un fil conducteur 20 est ensuite soudé à chacun des contacts 19 par tout procédé connu. Pour un grand nombre de leurs applications, il est intéressant que ces jauges de contrainte soient encapsulées dans lin matériau isolant, par exemple du verre ou une matière plastique et, Au cours du stade suivant du processus, les contacts 19, par exemple en alu- 40 par conséquent, une couche 70 08093 2034731 si on le désire, pour encapsuler les contacts 19 et recouvrir la surface supérieure restant exposée de la couche 15- La structure résultante est représentée à la figure je. Au cours du stade suivant du processus, le sili-ium du type n du substrat 5 ;-3t attaqué au moyen de la solution le diamine do catéchol et d'eau. Eien que la plupart des métaux ne _ârx pas attaqués par' cette solution^ i! peut être nécessaire dans certains cas, de protéger- les fils conducteurs 20 au jours del'atta- • que. Apres ce processus d'attaque, une couche 22 à3 verre ou de matière plastique peut être appliquée, si on le désire, pour encapsuler les régions diffusées 17, 10 et recouvrir la surface inférieure restant exposée de la 'louche 15. Au cours du stade final du processus de fabrication; la jauge de contrainte représentée à la figure 5D est obtenue en subdivisant an unités individuelles la structure résultant du stade précédent. Il convient de noter que les jauges de contrainte peuvent prendre de nombreu-15 ses autres formes ; c'est ainsi que les ré-rions diffusées qui constituent les éléments actifs peuvent avoir la forme-dValtères, par alignement des régions diffusées 17 • - Les jauges de contrainte peuvent être constituées selon le procédé décrit dans les paragraphes précédents de manière à former partie intégrante d'un cir-20 cuit intégré. Il serait évidemment nécessaire que la section du circuit intégré soit protégée de la solution d'attaque à base de diamine de catéchol et d'eau, et ceci peut être obtenu soit en la constituant dans une poche de silicium de conductivité du type p , soit en constituant des couches de silice sur la surface du substrat dans lequel le circuit intégré est formé. 25 Le ou les jauges de contrainte obtenues suivant le procédé décrit dans les paragraphes précédents peuvent constituer le ou les éléments actifs de transducteurs électromécaniques tels que des manipulateurs, des transducteurs de force et d'accélération, des dispositifs de commandes préréglés ou des détecteurs de vibrations pour les résonateurs mécaniques. j50 On appréciera que, du fait que les éléments actifs des jauges de contrainte sont constitués par diffusion, ils sont sensibles à la flexion du fait que la majeure partie du courant est conduite près de la surface supérieure d'origine du substrat de silicium. rien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec des exemples particuliers de réalisation, on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. BAD original 70 08093 2034731 5 REVENDICATIONS 1°) Procédé pour la fabrication d'un dispositif semiconducteur caractérisé en ce qu'il consiste : - à prévoir un substrat de silicium comportant des régions du type n et du type p, 5 y formant une jonction pn ; - à exposer une portion de la surface de la région de type n ; - à attaquer la portion exposée au moyen d'une solution d'attaque à base de diamine, d'eau et de catéchol ou de l'un de ses dérivés qui formant un complexe avec le silicium, la profondeur maximale des zones attaquées étant limitée par 10 la jonction p - n, le substrat de silicium comportant la jonction p - n étant obtenu en diffusant dans une région, à partir d'une surface principale du substrat de silicium, m matériau de dopage du type de conductivité opposé à celui du substrat. 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat de 15 silicium comprenant la jonction p - n est obtenu en-constituant par épitaxie une couche de silicium sur la surface d'un substrat de silicium du type de conductivité opposé. 3°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la diamine est choisie dans Ton groupe comprenant l'éthylène diamine, l'hydrazène diamine, le 20 propylène diamine. 4°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dérivé du catéchol est un hydroxil 1,2 méthylbenzène 4. 5°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la solution d'attaque est un mélange de 17 millilitres d'étylène diamine, 3 grammes de catéchol 25 et 8 millilitres d'eau. 6°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif est une diode à anneau de garde, en ce que la portion attaquée de la région du type n du substrat qui s'étend jusqu'à la jonction p - n forme une cavité qui définit les limites de la jonction p - n de la diode, le procédé étant de plus caractérisé 30 en ce qu'il consiste : un - à diffuser/-matériau de dopage du type n + dans les parois de la cavité ; - à déposer une zone de contact ohmique sur les régions diffusées de la cavité, et la surface de la région de type n et - à déposer une zone de contact ohmique sur la surface principale de la région 35 de type p du substrat. 7°) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que- les diodes à anneau de garde sont formées dans le substrat en un réseau coordonné, le réseau étant ensuite subdivisé en diodes individuelles grâce aux opérations suivantes : - on attaque une zone de la région du type n formée entre et le long de chaque 40 rangée et colonne du réseau, les zones attaquées formant des rainures en V qui èaù ORfGfNAL 70 08093 2034731 6 s'étendant jusqu'à la jonction p - n, - on fracture les rainures en leur sommet pour obtenir les diodes individuelles. 8") Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif est une jauge de contrainte dont le substrat a une conductivité du type n, en ce que les régions diffusées forment un élément actif de la jauge de contrainte et en ce qu'une zone attaquée jusqu'à la jonction p - n forme une cavité qui met à nu la région diffusée, le procédé consistant de plus à déposer des zones de contact ohmique sur la région diffusée. 9°) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il consiste à encapsuler la jauge de contrainte dans un matériau isolant, le matériau étant choisi dans un groupe comprenant le verre ou les matières plastiques, 10*) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il consiste à former un réseau de jauge de contrainte dans le substrat et à subdiviser le réseau en dispositifs individuels. 8ÀB GRiGlKAL