Brevet FR2030159A1 — publié le 19701030

-1- 2030159 Au cours de la fabrication de circuits intégrés à isolant diélectrique, il est généralement souhaitable de réaliser des îlots très minces de silicium monocristallin, c'est-à-dire d'une épaisseur d'environ 10 à 20 microns, et, éventuellement, jusqu'à 5 50 à 70 microns. Quelle que soit cette épaisseur qui dépend des caractéristiques de tension du dispositif, il est souhaitable que les tolérances soient maintenues à des limites étroites car, si l'îlot est très mince, il affecte de manière défavorable la tension de claquage et s'il est trop épais, il réduit le courant de saturation. Pour' ■■ un résultat •optimal, il faudrait que la 10 différence entre l'épaisseur obtenue et l'épaisseur optimale soit de moins d'un micron. Jusqu'ici, ces mesures se faisaient au spectromètre infrarouge, cependant ce procédé est long et trompeur, étant donné que les surfaces réflectrices ne sont pas des plans mais'plutôt un assemblage de surfaces planes définies 15 par la géométrie des îlots formant le dispositif. Il est donc nécessaire de disposer d'un procédé nouveau et d'une structure perfectionnée pour déterminer la profondeur de rodage des circuits intégrés à isolation diélectrique. Dans un procédé de détermination de la profondeur de rodage 20 de tels circuits intégrés, on forme dans le corps semi-conducteur au moins deux rainures à section sensiblement triangulaire dont les sommets sont à des profondeurs différant d'incréments prédéterminés. Le corps semi-conducteur est ensuite rodé à partir de l'autre face, jusqu'à ce que le sommet d'au moins l'une des rai-25 nures soit visible. La structure du dispositif semi-conducteur comporte deux rainures à section triangulaire partant de l'une des surfaces du corps et dont les sommets ont des hauteurs ou profondeurs qui diffèrent l'une de l'autre d'incréments prédéterminés. Les sommets des rainures servent de jauges de profondeur 30 au cours de 1'opération de rodage du corps semi-conducteur pour faciliter l'obtention d'îlots ayant une profondeur précise. La présente invention a donc pour objet un procédé et une structure permettant de déterminer visuellement la prodondeur de rodage de circuits intégrés à isolation diélectrique. Les jauges 35 de profondeur peuvent être réalisées au cours des opérations normales de fabrication du circuit intégré et permettent un contrôle très précis de la profondeur de rodage. Le procédé est relativement 70 01377 -2- 2030159 peu coûteux à mettre en oeuvre et d'une sécurité totale. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront au cours de la description qui va suivre faite en regard des dessins annexés et donnant à titre explicatif, mais 5 nullement limitatif, plusieurs formes de réalisation conformes à l'invention. Sur ces dessins : les figures 1 à 5 sont des coupes représentant les opérations successives du procédé selon l'invention pour déterminer au moyen 10 de deux jauges la profondeur de rodage d'un circuit intégré à isolation diélectrique ; la figure 6 est une coupe agrandie d'une structure à quatre jauges de profondeur ; la figure 7 est une coupe partielle d'un circuit intégré 15 réalisé selon la présente invention ; la figure 8 est une vue en plan partielle du circuit intégré de la figure 7. La fabrication d'un circuit intégré se fait à partir d'une plaquette ou tranche 11 de matière semi-conductrice dopée à l'aide 20 d'une "impureté convenable. Par exemple, on peut utiliser une plaquette de silicium mono ou polycristallin dopée à l'aide d'une impureté de type N. La plaquette 11 est rectifiée de manière à présenter deux faces parallèles planes 12 et 13 (voir figure 1). La plaquette 11 est ensuite placée en atmosphère oxydante de façon à former une 25 couche isolante 14 sur les surfaces 12 et 13 (figure 2). Par les techniques photolithographiques classiques, on forme ultérieurement des.fenêtres 16 pour les rainures d'isolation et des fenêtres 17 et 18 pour les jaiiges de profondeur. Les dimensions des fenêtres doivent être relativement précises, comme on le verra par la suite. La 30 structure obtenue est ensuite placée dans une solution d'attaque anisotropique qui dissout sélectivement le silicium du corps 11 pour former les rainures d'isolation 21 à section triangulaire, comme représenté à la figure 3, et les rainures 22 et 23 qui sont également à section triangulaire mais dont les sommets pénètrent dans le corps 35 semi-conducteur 11 à des profondeurs ou hauteurs différentes. La technique de l'attaque anisotropique utilisée dans la figure 3 est basée sur l'extrême différence des vitesses de dissolution 70 01377 -3- 2030159 pour les différents plans cristallographiques du silicium. La solution anisotropique attaque le plan (100) beaucoup plus vite que le plan (111). En fait, la vitesse de dissolution est approximativement trente fois plus grande parallèlement au plan (100) que paral-5 lèment au plan (111). L'attaque latérale sous la couche de silice est donc réduite et la pente des rainures est de 35,3° par rapport à une perpendiculaire à la surface plane 13. La profondeur de l'attaque anisotropique dans le corps 11 peut être réglée avec précision en jouant sur la largeur de la fenêtre par laquelle 10 la solution d'attaque est mise en contact avec le silicium. Ainsi, plus la fenêtre est étroite, moins la rainure pénètre profondément dans le corps du silicium. Ceci est dû au fait que lorsque les deux flancs de la rainure se rencontrent, iH se forme un sommet et l'effet de dissolution cesse pratiquement. La formation des rai-15 nures les moins profondes s'achève donc, alors que l'attaque des autres se poursuit jusqu'à formation du triangle complet. La profondeur d'attaque des rainures est ainsi plus ou moins déterminée par la largeur de la fenêtre à travers laquelle la solution d'attaque est mise en contact avec le corps de silicium. La solution * 20 d'attaque anisotropique peut être de composition quelconque. A titre d'exemple, la profondeur du collecteur d'un circuit intégré est de l'ordre de 10 microns, Pour une telle profondeur, la jauge de minimum représentée par la rainure 22 aurait une profondeur de 7,5 microns alors que la jauge de maximum représentée 25 par la rainure 23 aurait une profondeur d'environ 12,5 microns. Les rainures d'isolation 21 servant à assurer l'isolation diélectrique des îlots, auraient une profondeur sensiblement plus importante, par exemple 15 microns, pour que l'on soit certain que,lorsque le rodage atteint la jauge de maximum 23, les rainures 30 d'isolation 21 sont déjà largement tronquées pour constituer les îlots isolé's. Après formation des rainures d'isolation et des jauges de profondeur, comme représenté à la figure 3, les couches d'oxyde 14 sont décapées à l'aide d'une solution convenable, puis des couches 35 de silice isolantes 24 sont reformées sur les surfaces 12 et 13 ainsi que sur les flancs inclinés des rainures d'isolation 21 et des jauges de profondeur 22 et 23. 70 01377 2030159 —4— Un corps support 26 est ensuite réalisé sur la couche isolante 24 adhérant à la surface 13. Ce corps peut être formé de silicium polycristallin déposé de manière classique sur la couche de silice 24. 5 la partie supérieure du corps semi-conducteur 11 est éliminée de manière connue, par exemple,en plaçant la structure de la figure 4 ians une machine à roder, l'opération se poursuit jusqu'à ce que la couche de silice formée dans les rainures 21 apparaisse à la surface pour ne laisser subsister du corps de silicium monocristal-10 lin 11 que quelques îlots 27 isolés diélectriquement les uns des autres et du support 26,par la couche 24. Dans toute la présente description, le terme "rodage" désigne indifféremment le rodage ou le polissage qui ne diffèrent d'ailleurs que par la dimension des grains d'abrasifs utilisés. Le rodage ou polissage se poursuit donc 15 jusqu'à ce que la jauge de maximum 23 soit visible et est arrêté avant que la jauge de minimum 22 soit attaquée. Ceci signifie que le rodage a été conduit jusqu'à une profondeur comprise entre 12,5 et 7,5 microns pour donner la profondeur voulue d'environ 10 microns aux îlots isolés 27. 20 L'examen au microscope de l'aspect des jauges de profondeur • permet de déterminer avec des tolérances relativement étroites la profondeur à laquelle il convient d'arrêter l'opération de rodage. Dans le cas où l'on n'utilise que des jauges de profondeur minimale et maximale, comme représenté précédemment, il va de soi, dès que 25 la jauge de profondeur maximale apparaît au cours de l'opération de rodage, que les îlots faisant partie de la structure du dispositif ont une épaisseur comprise dans des tolérances acceptables. Si par hasard, l'opération de rodage était poussée jusqu'à l'apparition de la jauge de profondeur minimale 22, l'opérateur en conclurait 30 qu'il a été trop loin et, la hauteur des îlots étant insuffisante, la plaquette, ou tout au moins les parties qui ont été rodées trop profondément,seraient mises au rebut. Lorsque le dispositif semi-eonducteur a atteint l'état de la figure 5» dans laquelle les îlots 27 ont été isolés les uns 35 des autres, il est prêt pour les opérations classiques de diffusion qui sont bien connues des spécialistes et ne seront pas décrites en détail ci-après. 70 01377 2030159 -5- La figure 6 représente une forme de réalisation de la présente invention comportant quatre jauges de profondeur 31» 32, 33 et 34 assurant une meilleure précision dans la détermination de la profondeur de rodage des circuits intégrés à isolation diélec-5 trique. Ces jauges de profondeur sont formées de la manière décrite précédemment, sauf qu'elles sont maintenant au nombre de quatre. La différence de hauteur des rainures triangulaires peut être sensiblement moindre que. précédemment, par exemple, si l'épaisseur correcte à obtenir est toujours 10 microns, les jauges de profondeur 10 peuvent avoir une différence de 2 microns entre deux j,auges successives de la série. Ainsi, les jauges représentées auraient des hauteurs respectivement égales à 7, 9, 11 et 13 microns. L'épaisseur que l'on désire obtenir, 10 microns, est indiquée par la flèche 36. L'opération de rodage se poursuit jusqu'à l'apparition de la 15 première jauge 31» puis de la seconde jauge 32, mais on l'arrête avant que les troisième et quatrième jauges 33 et 34 ne soient visibles. Ceci signifie que dès que la seconde jauge 32 apparaît et que la troisième jauge 33 n'est pas encore visible, l'opération de rodage est terminée, les îlots ayant la profondeur voulue. La 20 gradation entre les jauges de profondeur est représentée par une ligne inclinée 37- La figure 7 représente une coupe partielle et la. figure 8 une vue en plan partielle d'un circuit intégré à isolation diélectrique constituant un inverseur haute tension a six portes servant 25 à inverser des signaux. Le circuit est également conçu pour pouvoir être utilisé comme quatre portes doubles d'entrée. La fabrication du dispositif des figures 7 et 8 se fait sensiblement de la même manière que celle du dispositif des figures 1 à 5 et les mêmes références désignent des éléments correspondants de la structure. 30 Dans la forme des figures 7 et. 8, la jauge de profondeur maximale 41 et la jauge de profondeur minimale 42 sont'formées dans des îlots 27 situés de part et d'autre du circuit intégré. Il est bien connu que de nombreux circuits intégrés peuvent être formés sur une seule plaquette, de sorte.que,dans la forme des figures 7 et 8, chaque 35 circuit intégré comporte deux jauges de profondeur. Grâce à cette disposition, il est facile de vérifier que les épaisseurs des circuits intégrés sont comprises dans les tolérances voulues, par un 70 01377 -6-. 2030159 simple contrôle visuel de l'état des jauges de profondeur de chaque circuit. Comme on l'a vu précédemment, dès que l'opération de rodage de la plaquette a atteint la jauge de profondeur maximale 41 sans 5 atteindre la jauge de profondeur minimale 42, la structure est prête pour les opérations de diffusion. Ces opérations sont tout à fait classiques et comportent généralement la formation sur la surface 28 d'une couche de silice 30 formant masque. On découpe des fenêtres dans la couche 30 par les techniques photolithographi-10 ques classiques, puis on diffuse la base pour former une jonction P-N 46 en forme de cuvette se prolongeant jusqu'à la surface plane 28 et délimitant une région collecteur 47 et une région base 48. La région collecteur 47 comporte généralement une impureté de type N et la région base 48 est formée par diffusion d'une impureté de 15 type P à travers une fenêtre de la couche d'oxyde. Des fenêtres sont ensuite formées dans la couche d'oxyde pour la diffusion des régions émetteur. Dans le cas de transistors de type EPS, on diffuse une impureté de type N par les fenêtres pour former des régions émetteur 49 de type N à l'intérieur de la région 20 base 48 dont elles sont séparées par des jonctions B-N 51 en forme de cuvette se prolongeant jusqu'à la surface plane 28. La couche d'oxyde 30 est reformée dans les fenêtres pendant la diffusion des émetteurs et d'autres fenêtres sont pratiquées au-dessus des régions collecteur-base et émetteur. La couche d'oxyde 28 est ensuite recou-25 verte d'une couche de métallisation, par exemple en aluminium, pénétrant dans les fenêtres pour constituer la structure de connexion 52 qui se termine en une série de plots (non représentés) répartis autour du. périmètre du circuit intégré. Le circuit comprend en outre des diodes et des résistances diffusées (non représentées). Comme 30 le savent les techniciens, ces diodes et ces résistances diffusées peuvent être formées en même temps que les transistors décrits précédemment. Par exemple, les résistances diffusées et les diodes peuvent être réalisées au cours de la diffusion de la base des transistors. 35 Bien que les figures 7 et 8 ne montrent que deux jauges de profondeur, il va de soi que l'on peut utiliser plusieurs jauges supplémentaires lorsque l'on désire un meilleur contrôle de la 70 01377 -7- 2030159 profondeur, l'avantage principal de l'emploi de jauges multiples est que lorsque la jauge de maximum a été attaquée, les jauges suivantes donnent une indication de l'épaisseur restant à enlever avant d'atteindre la jauge de profondeur minimale. Ainsi, lorsque 5 la deuxième jauge devient visible, on sait qu'il reste une très faible épaisseur avant d'attaquer la troisième jauge. Bien que les jauges de profondeur représentées aux figures 7 et 8 soient représentées à l'intérieur des îlots, ceci n'est pas une nécessité, et il est possible de les placer en n'importe 10 quel point du corps semi-conducteur qui n'est pas utilisé pour le circuit intégré. Il ressort clairement de ce qui précède que le procédé et la structure de l'invention permettent de mieux contrôler la pro-fondèur de rodage au cours des opérations de fabrication de circuits 15 intégrés à isolation diélectrique. L'emploi d'un grand nombre de jauges de profondeur permet d'obtenir n'importe quelle précision, dans certaines limites. La formation des jauges de profondeur est compatible avec les autres opérations de fabrication du circuit intégré et ne complique donc pas le processus. L'avantage de telles 20 jauges de profondeur est qu'elles peuvent être observées à l'aide d'un simple microscope, éliminant les appareillages coûteux de mesure de profondeur auxquels-on a généralement recours. Il va de soi que l'invention n'a été décrite ci-dessus qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et que l'on pourra y 25 apporter toutes variantes rentrant dans son cadre et son esprit. 70 01377 -8- 2030159 - REVENDICATIONS - 1. Procédé de contrôle de la profondeur précise de rodage d'un corps semi-conducteur, caractérisé en ce qu'il consiste àformer section générale trian-àans ledit corps au moins deux rainures de mesure^ ae profondeur de/ 5 gulaire à partir de l'une de ses surfaces de façon que les sommets des rainures se terminent à différentes profondeurs dans des limites prédéterminées, puis à roder le corps semi-conducteur à partir de l'autre face jusqu'à ce qu'au moins l'un des sommets des rainures triangulaires soit mis à nu. 10 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on forme des rainures d'isolation à section généralement triangulaire dans le corps semi-conducteur, à partir de la même surface et en même temps que les rainures triangulaires de mesure de profondeur, les rainures d'isolation étant plus profondes que toutes 15 les rainures triangulaires de mesure de profondeur. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le corps _• semix*6onduoteur est en silicium, ledit procédé étant caractérisé en ae que l'on recouvre d'une couehe de silice les flancs des .rainures triangulaires de mesure de profondeur avant de former sur la structure semi-conductrice un corps support qui se prolonge à l'intérieur de ces rainures-, 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on forme plus de deux rainures de mesure de profondeur dans le corps et en ce que l'opération de rodage se poursuit jusqu'à ce qu'au moins les sommets de deux de ces rainures soient mis à nu.. 25 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser des îlots à isolatioï/diélectrique dans lesquels on forme des composants actifs et passifs, puis un réseau métallisé déposé sur la structure semi-conductrice pour interconnecter lesdits composants actifs et passifs en un circuit intégré. 30 6. Structure semi-conductrice, caractérisé en ce qu'elle comprend un corps servant de support à plusieurs îlots de matière semi-conductrice, une isolation diélectrique portée par ledit corps et séparant les îlots les uns des autres, au moins deux jauges de profondeur portées par ladite structure de support et pénétrant 35 dans la matière semi-conductrice, chaque jauge de profondeur étant constituée par une couche de matière isolante dont la section est généralement triangulaire, les sommets desdites jauges de profondeur 70 01377 -9- 2030159 étant situés à des profondeurq&ifférentes à l'intérieur du corps semi-conducteur, de façon qu'au moins l'une desdites jauges serve de jauge de-maximum et l'autre de jauge de minimum pour déterminer la profondeur à laquelle a été rodé le corps semi-conducteur de 5 façon à réaliser les îlots isolés diélectriquement. 7. Structure semi-conductrice selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'un circuit intégré est formé dans le corps semi-conducteur. 8. Structure semi-conductrice selon la revendication 6, 10 caractérisée en ce que le corps comporte plus de deux jauges de profondeur. 9. Structure semi-conductrice selon la revendication 6, caractérisée en ce que les sommets des jauges sont à des profondeurs différant les unes des autres d'incréments prédéterminés. 15 10. Structure semi-conductrice selon la revendication 8, caractérisée en ce que les sommets d'au moins deux des. jauges sont mis à nu.