Brevet FR2029413A1 — publié le 19701023

La présente invention concerne un procédé de façonnage d'une surface,particulièrement d'une surfaceBde silicium sur un substrat et l'application de ce procédé en fabrication de circuits intégrés à la réalisation de régions semiconductrices isolées entre elles. Dans l'intégration de circuits à semiconducteurs sur un substrat, deux cas se présentent : ou le matériau du substrat est isolant, le substrat ayant pour seule fonction le support desdits circuits, ou bien le substrat constitué par un matériau semiconducteur sert de "parent"- dans lequel sont créées des discontinuités locales de type de conductibilité et de concentration, et élaborés les composants actifs et passifs desdits circuits. Dans le premier cas il n'existe entre les composants et les circuits partiels naturellement isolés entre eux que les connexions imposées délibérement au cours de la fabrication. Dans le second cas, les composants et les circuits partiels solidaires d'un bloc de matériau non isolant, ne sont pas naturellement isolés entre eux. Différentes solutions permettent d'éviter ou de neutraliser l'interconnexion parasite par le substrat. Une première solution consiste à interposer entre le substrat et les couches actives qui le jouxtent, une jonction polarisée en inverse. Chaque composant est ainsi compartimenté dans un volume individuel, dit caisson, limité dans la masse du substrat commun par le contour de la jonction précitée constituant une barrière d'isolement en raison de a polarisation inverse. Pour constituer sur un substrat semiconducteur des "caissons" de matière semiconductrice radicalement isolés, il convient d'interposer entre ces caissons un matériau isolant électrique. Pour cela, il est connu de façonner la surface du substrat semiconducteur en formant des creux et saillies, en sorte que chaque partie en saillie, ou mésa, étant destinée à l'élaboration d'un composant, soit recouverte d'un revêtement isolant, tel la silice. D'où la deuxième solution consistant à faire croitre ensuite le silicium sur l'isolant et par amincissement du substrat, à partir de la surface opposée à la surface façonnée, d'éliminer tout le matériau semiconducteur initial jusqu'a atteindre la matière semiconductrice déposée dans les parties antérieurement évidées dudit substrat.Ainsi subsiste sur un substrat commun faisant office de support mécanique, une pluralité de volumes semiconducteurs élémentaires, ou caissons, séparés du bloc substrat par le revêtement isolant. Seule cette seconde solution est radicale, mais cette solution générale comporte plusieurs possibilités de réalisation. Entre autres, le mode de réalisation classique dans le cas d'un substrat de silicium, comporte l'enchatnement d'opérations ci-énuméré - on délimite le contour des mesas par photolithogravure sur une couche d'oxyde préalablement déposée air la surface du silicium, ensuite, par une première attaque chimique, on perce des ouvertures dans la couche d'oxyde selon lesdits contours, puis par un deuxième traitement d'attaque on évide les zones de silicium découvertes par la première attaque, et finalement les mésas correspondant aux zones superficielles qui sont restées protégées par la couche d'oxyde lors de la première et la deuxième attaque, sont dégagés. La principale difficulté de mise en oeuvre est liée à la conservation de la précision des contours du processus photolithographique, au cours de l'attaque du silicium en particulier lorsque cette attaque est réalisée par voie chimique. On connaît l'attaque du silicium par réaction en phase gazeuse, procédé qui apporte des résultats supérieurs à ceux de l'attaque par voie chimique. L'altération sur les contours, en particulier, y est réduite à des proportions admissibles dans les cas usuels. Toutefois, la mise en oeuvre de ces procédés complique le processus opérationnel et nécessite un traitement thermique à haute témpérature qui peut être prohibé dans quelques applications. C'est pourquoi la présente invention a pour objet un procédé de façonnage d'une surface en creux et saillies selon lequel des saillies d'épaisseur r sont obtenues par un dépôt sélectif, ledit dépôt étant empêché sur les zones de ladite surface devant être laissées en creux par la présence sur ces zones d'une couche, dite intermédiaire, d'épaisseur g, procédé caractérisé en ce que l'épais- seur g étant choisie supérieure à l'épaisseur r et le matériau de dépôt adhérant non seulement sur ledit substrat mais encore sur ladite couche intermédiaire, cette dernière, après ledit dépôt, est éliminée par un traitement d'attaque agissant à partir des surfaces latérales d'épaisseur g - r de cette couche ; ce traitement laissant subsister ledit substrat et lesdites saillies. Dans une forme d'application particulière au façonnage en creux et saillies d'une surface partiellement semiconductrice dont les régions semiconductrices sont en silicium, la présente invention a-encore pour objet un procédé de façonnage en creux et saillies d'une surface de silicium, selon lequel des saillies d'épaisseur r sont obtenues par déport épitaxial de silicium sur un substrat de si licium monocristallin, ledit dépôt étant empêché dans les zones de ladite surface devant être laissées en creux par la présence d'une couche,dite intermédiaire, d'épaisseur g, procédé caractérisé en ce que l'épaissur g étant choisie supérieure à r et le silicium adhérant sur ladite douche intermédiaire, cette dernière, après ledit dépôt, est éliminée par un traitement d'attaque agissant à partir des surfaces latérales d'épaisseur "g-r" de cette couche, ce traitement étant pratiquement sans effet sur le silicum. Enfin, dans une forme d'tapplication particulière à la réalisation d'une structure partiellement semiconductrice comportant des régions de silicium, la présente invention a pour objet un procédé de réalisation d'une structure partiellement semiconductrice à caissons isolés, propre à la fabrication des circuits intégrés, dans lequel on façonne sur un substrat de silicium, une surface son creux et saillies, surface que l'on revêt ensuite d'une couche isolante, lesdites saillies étant enfin isolées électriquement les unes des autres sous forme de caissons par enlèvement du matériau dudit substrat à partir de la face opposée à ladite surface et ce, au moins jusqu'à entamer ladite couche isolante dans lesdits creux, des moyens appropriés étant prévus pour maintenir solidaires les caissons ainsi isolés électriquement, procédé caractérisé en ce que ledit façonnageen creux et saillies est obtenu par les opérations suivantes - dépôt sélectif d'une couche intermédiaire d'épaisseur g sur ladite surface dans les zones devant former lesdits creux, - dépôt épitaxial de silicum sur l'ensemble de la surface ainsi préparée sous une épaisseur r, inférieure à l'épaisseur g, - élimination de ladite couche intermédiaire par un traitement d'attaque agissant à partir des surfaces latérales d'épaisseur (g-r) de cette couche, ledit traitement étant pratiquement sans effet sur le silicium. Procédé dans lequel la couche intermédiaire peut être en molybdène, l'agent du traitement d'attaque précité étant l'acide chlorhydrique. Procédé dans lequel la couche intermédiaire peut être en tantale, l'agent du traitement d'attaque précité étant l'acide fluorhydrique. Procédé dans lequel la couche intermédiaire peut être en silice, l'agent du traitement d'attaque précité étant l'acide fluorhydrique. Un mode particulier de mise en oeuvre du procédé selon l'inven tion va être décrit, avec figures explicatives, à titre d'exemple non limitatif. Les figures 1 représentent la coupe transversale schématique du substrat, à échelle dilatée, au niveau où doit être façonnée la surface et créé l'isolement. la figure la, après application de la couche intermédiaire partielle sur la surface à façonner, la figure lb après croissance de silicium sur la surface préparée selon la, la figure lc après attaque d'élimination de la couche intermédiaire. la figure 2 représente la coupe schématique d'un substrat de silicium à caisson isolé. - Figure la Selon 1' invention, pour façonner sur un substrat de silicium une surface en creux et saillies pouvant ultérieurement être convertie en surface où alterneront des régions semiconductrices et isolantes exploitables pour l'intégration d'un circuit, dans une première opération, on dépose sur la surface 1 du substrat de silicium 2 une couche intermédiaire partielle d'un matériau 3 attaquable par un traitement chimique ou physique sans action sur le silicium. Ledit matériau peut être choisi parmi les métaux réfractaires, tel le titane, le molybdène ou parmi les isolants tels la silice, l'alu- mine. Dans l'exemple choisi, il s'agit d'un dépôt de molybdène. Ce dépôt de molybdène se fait par pulvérisation cathodique, il pourrait aussi être pratiqué par tout autre moyen connu, par exemple, dépôt sous vide, dépôt galvanique , l'épaisseur de ladite couche obtenue est figurée en g sur la figure la. - Figure 1 b Ensuite, on fait croître sur la surface préparée selon la, un dépôt de silicium 4 et 5, ce dépôt obtenu au cours d'une opération d'épitaxie en phase gazeuse dans un réacteur approprié, selon le mode connu, à une température comprise entre 11000 et 12500C est d'épaisseur uniforme r inférieure à l'épaisseur g de la couche intermédiaire. Ledit dépôt est monocristallin, épitaxique dans les région tel 4 où il se développe à partir du contact direct sur la surface 1 du substrat monocristallin 2 qui sert de germe. Par contre, le même dépôt de siliciumcroît généralement en polycristallin dans les régions telles que 5 où il se développe sur une surface polycristalline ou amorphe, telle 3. - Figure lc Par un traitement d'attaque agissant sélectivement sur le matériau de la couche intermédiaire 3, tel l'acide chlorhydrique qui agit sélectivement sur le molybdène, on élimine la couche intermédiaire. L'acide mordance cette couche à partir des tranches latérales d'épaisseur g-r, élimine finalement tout le matériau tel que 3 sous-jacent à la couche telle 5 polycristalline de la figure lb et met à jour les espaces évidés tels 6. L'opération de façonnage de la surface du substrat de silicium 2 en creux, tel 6, et saillies, tel 4, est réalisée comme on le voit sur la figure 1c après un nombre très réduit d'opérations courantes qui se résument ainsi : dépôt d'une couche intermédiaire en forme de grille à configuration prédéterminée, puis croissance épitaxique de silicium sur la surface ainsi préparée et attaque de la couche intermédiaire. - Figure 2 Comme le représente la figure 2, à la surface façonnée en creux tel 6, et saillies, tel 4, de la figure lc, on a superposé une couche de silice, telle 7, sur laquelle on a fait croite du silicium, tel 8, cette croissance se faisant généralement dans le mode polycristallin. Enfin à partir de la face opposée à la surface façonnée on a éliminé le substrat 2 par rodage jusqu'à atteindre le silicium déposé dans les évidements tels 9 dudit substrat. Ainsi la surface partiellement semiconductrice de la structure de la figure 2 présente une alternance de parties semiconductrices, telles que4 et 10, séparées par une région d'isolement électrique assurée par les sections il et 12 de la couche isolante 7. Les avantages d'un façonnage de surface effectué selon l'invention, et terminé comme il est indiqué sur la figure lc, sont nombreux, en effet, les régions telles que 4, ont été obtenues par épitaxie et peuvent présenter des caractéristiques de très haute pureté, tandis que le substrat 2 peut être faiblement résistif et de basse qualité, d'où un premier avantage sur le plan économique par abaissement du prix de revient. Il résulte de ces dispositions un deuxième avantage technologique en ce qu'il est possible par épitaxie de créer au moins une jonction dans la partie telle 4 qui se trouve ensuite constituer le matériau de départ semiconducteur pour les composants du circuit. D'où une souplesse particulière a l'application de la méthode selon l'invention. Un troisième avantage, sur le plan économique, résulte du fait que pour façonner la surface en creux et saillies selon l'invention, le nombre d'opérations nécessité est moindre que dans les procédés classiques dans lesquels a lieu une attaque chimique après emploi du processus de photolithogravure. Un quatrième avantage, technologique, consiste dans la raideur des flancs que lton peut obtenir par l'application de la présente invention, on sait en effet que par les moyens classiques, les flans n'ont pas la rigueur voulue et qu'on ne peut pas obtenir des contours de précision égale à celles du masque de photolithogravure. REVENDICATIONS 1/ Procédé de façonnage d'une surface en creux et saillies selon lequel des saillies d'épaisseur r sont obtenues par un dépôt sélectif, ledit dépôt étant empêché sur les zones de ladite surface devant être laissées en creux par la présence sur ces zones d'une couche, dite intermédiaire, d'épaisseur g, procédé caractérisé en ce que l'épaisseur g étant choisie supérieure à l'épaisseur r et le matériau de dépôt adhérant non seulement sur ledit substrat mais encore sur ladite couche intermédiaire, cette dernière, après ledit dépôt, est éliminée par un traitement d'attaque agissant à partir des surfaces latérales d'épaisseur g - r de cette couche; ce traitement laissant subsister ledit substrat et lesdites saillies. 2/ Procédé selon la revendication 1 pour le façonnage en creux et saillies d'une surface de silicium, selon lequel des saillies d'épaisseur r sont obtenues par dépôt épitaxial de silicium sur un substrat de silicium monocristallin, ledit dépôt étant empêché dans les zones de ladite surface devant être laissées en creux par la présence d'une couche, dite intermédiaire, d'épaisseur g, procédé caractérisé en ce que l'épaisseur g étant choisie supérieure à r et le silicium adhérant sur ladite couche intermédiaire, cette dernière, après ledit dépôt, est éliminée par un traitement d'attaque agissant à partir des surfaces latérales d'épaisseur "g-r" de cette couche, ce traitement étant pratiquement sans effet sur le silicum. 3/ Procédé selon la revendication 1 pour la réalisation d'une structure partiellement semiconductrice à caissons isolés, propre à la fabrication des circuits intégrés, procédé dans lequel on façonne sur un substrat de silicium, une surface en creux et saillies, surface que l'on revêt ensuite d'une couche isolante, lesdites saillies étant enfin isolées électriquement les unes des autres sous forme de caissons par enlèvement du matériau dudit substrat à partir de sa face opposée à ladite surface et ce, au moins jusqu'à entamer ladite couche isolante dans lesdits creux, des moyens appropriés étant prévus pour maintenir solidaires les caissons ainsi isolés électriquement, procédé caractérisé en ce que ledit façonnage en creux et saillies est obtenu par les opérations suivantes - dépôt sélectif d'une couche intermédiaire d'épaisseur g sur ladite surface dans les zones devant former lesdits creux, - dépôt épitaxial de silicum sur l'ensemble de la surface ainsi préparée sous une épaisseur r, inférieure à l'épaisseur g, - élimination de ladite couche intermédiaire par un traitement d'attaque agissant à partir des surfaces latérales d'épaisseur (g-r) de cette couche, ledit traitement étant pratiquement sans effet sur le silicium. 4/ Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que la couche intermédiaire est-en molybdène, l'agent du traitement d'attaque précité étant l'acide chlorhydrique. 5/ Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que la couche intermédiaire est en tantale, l'agent du traitement d'attaque précité étant l'acide fluorhydrique. 6/ procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que la couche intermédiaire est en silice, l'agent du traitement d'attaque précité étant l'acide fluorhydrique.