Brevet FR2042448A1 — publié le 19710212

" 1! 2042448 La présente invention se rapporte à un procédé pour fabriquer des circuits intégrés, dans lequel on produit, sur un cristal semi-cond'ieteur en forme de disque ou de pastille, une zone superficielle ayant un dopage différent de celui du cristal 5 semi-conducteur, dans lequel on produit ensuite, dans le cristal semi-conducteur, par diffusion par masque et en utilisant sur la surface semi-conductrice deux zones de diffusion différentes et localement distinctes, au moins deux jonctions pn qui ne s'emboîtent pas 1 .'une-dans l'autre et qui peuvent être complétées pour 10 former au moins deux composants à semi-conducteurs formant un circuit intégré, et dans lequel on prend des mesures consistant à réaliser au moins une dépression en forme de sillon sur la surface semi-conductrice, entre les composants à semi-conducteurs, dans le but d'assurer une isolation réciproque entre ceux-ci. 15 Un tel procédé est, par exemple, décrit dans la re vue "Electronic Industries" Juin 1S65, page 38-42 (voir figures 5, 6 et 7), ainsi que dans le brevet délivré aux Etats-Unis d'Amérique n° 3 .320.485. Dans -ces procédés connus, on réalise d'abord, par 20 corrosion, sur la surface d'une pastille de silicium monocristallin de conductivité n par exemple, un réseau constitué par des sillons annulaires, puis la même surface semi-conductrice est pourvue d'une pellicule mince ÉLte avec du silicium fortement dopé et ayant un type de conductivité identique à celui de la pastille 25 de départ. La phase opératoire suivante consiste en une oxydation de la même surface semi-conductrice qui est ensuite recouverte avec une couche de silicium polycristallin de très forte pureté. L'épaisseur de cette couche polycristalline est suffisante non seulement pour combler complètement las sillons ménagés sur la 30 surface semi-conductrice, mais également pour donner une couche de matériau polycristallin ayant une épaisseur qui est au moins équivalente c. l'épaisseur de la pastille ou du disque de départ. Ensuite, la substance rnonocristalline de la pa.stille de départ '-c-'c éliminée par abrasion ou par corrosion jusqu'à la hauteur des sil-35 Ions, en commençant l'opération à partir du côté qui est opposé à celui où. se situent les sillons. Il en résulte la formation d'un certain nombre d'îlots monocristallins qui sont formés par 1 BAD ORIGINAL > 70 16335 2 2042448 pour donner un composant à semi-conducteur indépendant. Etant donné que la surface sur laquelle on réalise cette élimination doit être maintenue à l'état plane, on peut utiliser la technique habituelle planar, c'est-à-dire avant tout le. procédé de la diffusion 5 par masque de substances de dopage correspondantes. Toutefois, la demanderesse a constaté qu'un tel procédé est très complexe et onéreux car les phases opératoires qui servent à réaliser l'isolement doivent être.exécutées de façon i entièrement indépendantes des phases opératoires qui servent à ré-10 aliser les composants individuels. Par ailleurs, le procédé connu ! implique le dépôt d'une substance isolante sur le substrat monocristallin de départ, ce qui est également une opération de longue durée. La présente invention a pour objet un procédé qui 15 remédie à ces inconvénients. Ce procédé, qui est du genre de celui indiqué ci-dessus, est essentiellement caractérisé par le fait que les composants à semi-conducteurs sont réalisés dans une zone superficielle commune ayant un dopage, différent de celui du matériau de base du 20 cristal semi-conducteur, plus particulièrement dans une zone superficielle séparée par une jonction pn, que le creusement du sillon entre les plages correspondantes de la zone superficielle, et servant à l'isolation des composants à semi-conducteurs à réaliser, est effectué, avant la réalisation des deux jonctions pn qui ne 25 s'emboîtent pas l'une dans l'autre, que le fond du sillon n'atteint nulle part le matériau de base du cristal semi-conducteur et qu'enfin la surface de ce sillon est soumise de. telle manière à au moins un processus de diffusion par masquage servant simultanément à un changement local du dopage et à la production des composants 30 s emi-conducteurs qu'il se forme, dans le fond du sillon, par rapport au matériau de base du cristal semi-conducteur, un pont en une matière semi-conductrice à dopage modifié. On remarquera donc que l'isolation entre les composants à semi-conducteurs à réaliser se fait, en partie, en même 35 temps que les opérations de diffusion servant, directement à la réalisation desdits composants. Cnci permet de donner au sillon obtenu par corrosion et nécessaire pour réaliser l'isolation, une profondeur considérablement moindre que celle des. sillons qui sont nécessaires dans le procédé connu. Ceci revient à dire que l'on 40 économise le temps et le travail pour la mise en oeuvre du procédé. ; i COPV :• 16335 3 2042448 Par ailleurs, la présence de ces sillons dans les composants à semi-conducteurs réalisés conformément au procédé de l'invention fait que les isolations formées en partie"par les sillons et en partie par les jonctions pn isolantes, ont en définitive une action totale qui est comparable à des isolations de composants à semiconducteurs dans lesquels l'effet d'isolation est formé comme dans la technique connue, indiquée ci-dessus, avec une substance isolante qui n'est pas constituée par le même semi-conducteur. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et représenté au dessin annexé un mode d1 exécution du procédé conforme à 1'invention. La figure 1 sert à expliquer le principe qui est à la base de l'invention ; la figure 2 sert à expliciter un mode d'exécution particulier. Dans la figure 1, la référence 1 désigne un disque ou une pastille de silicium monocristallin de type de conductivité p. Sur cette pastille de silicium 1 on a réalisé, à partir de la phase gazeuse et par dépôt épitaxial, une zone 2 de type de conductivité n ; cette zone 2 sert de support pour les deux composants à semi-conducteurs A et B à réaliser. Entre les plages qui correspondent à ces deux composants, on réalise de manière déterminée, conformément à l'invention et par application de .la technique photochimique connue, un sillon 3 qui sépare..complètement, entre eux les parties de la surface épitaxiale 2 qui sont associées aux-deux composants à semi-conducteurs A et B . Il faut essayer de faire en sorte que le fond du sillon 3 se situe à une distance uniforme de la jonction pn désignée par la référence 4 entre les deux zones semi-conductrices 1 et 2 ayant des types de conductivité opposés. fî'il s'agit de réaliser plusieurs composants à semiconducteurs disposés dans la couche épitaxiale 2 comme les cases d'un jeu d'échec, les sillons 3 sont agencés pour former un réseau dont la profondeur des sillons est uniforme. Les autres phases opératoires pour la réalisation d'un circuit intégré seront les mêmes que celles qui seront décrites ci-dessous avec référence à la figure A. Après la réalisation du sillon par corrosion, on recouvre la surface de la couche épitaxiale 2 avec une couche 6 formant masque et faite de préférence avec du SiC^ ou du Si^N,.. La couche formant masque est, conformément à l'invention, transformée 'jeoP* i 70 16335 4 2042448 en un masque pour la diffusion en enlevant de la surface semi-conductrice, et de manière déterminée, certaines parties de la couche formant masque par utilisation de la technique photochimi-que et par Utilisation de procédés de corrosion connus. Dans 1'e-5 xemple représenté, il s'agit de réaliser un circuit intégré constitué par deux transistors npn. Compte tenu de cet objectif, on réalise par corrosion, dans la couche 6 formant masque les fenêtres de diffusion 5 et 5' qui servent à réaliser les zones de base. Par ailleurs, la surface du sillon 3 est également dégagée de la 10 couche formant masque. Dans la phase opératoire suivante on diffuse, de manière connue, une substance de dopage, par exemple le bore, donnant une conductivité de type p, dans la surface partiellement dégagée de la zone épitaxiale 2 de conductivité n, en formant ainsi 15 deux zones de base 7 et 7'. En outre, on forme en même temps sur la surface semi-conductrice, à l'intérieur du sillon 3, également une zone 8 de conductivité p. Conformément à 1'invention, la profondeur T du sillon 3 doit être réglée partout de telle façon que la zone 8 de conductivité p se confonde partout avec le matériau 20 de base 1 du cristal de silicium ayant une conductivité de type p et que soient formées dans la zone épitaxiale deux zones 2a et 2b de type de conductivité n, séparées entre elles par la zone 8 de conductivité p, de manière à former des îlots. Comme à l'accoutumée, on utilise également ici une 25 substance de dopage provenant d'une phase gazeuse et ayant une propriété oxydante, en sorte, qu'après l'opération de diffusion, la surface libre des zones de base 7, 7' au droit des fenêtres 5, 5' ainsi que la surface de la zone 8 soit à nouveau recouverte avec une couche de Si02 formant masque. Suivant une variante, il 30 est indiqué de recouvrir, par une opération ultérieure servant à la régénération de la couche 6 formant masque, non seulement la surface semi-conductrice au droit des fenêtres 5 et 5' mais égale-lement le sillon 3 avec une substance formant masque. Dans la couche 6 formant masque et ainsi restaurée on réalise, par corrosion, 35 à l'intérieur des fenêtres de diffusion 5 et 5' précédemment utilisées, de nouvelles fenêtres 9 et 9' servant à la diffusion des zones d'émetteur. A travers les fenêtres 9 et 9', on diffuse une substance de dopage, dans l'exemple représenté un donneur tel que le phosphore, servant à la réalisation des deux zones d'émetteurs 40 io et 10'. 70 16335 2042448 On peut supposer que sont connues les phases opératoires suivantes qui consistent à réaliser les contacts électriques pour les différentes zones des composants à semi-conducteurs À et B. Ces phases opératoires consistent à pourvoir avec une élec-5 trode ne présentant pas de résistance de passage, chacune des zones 2a et 2b, 7 et 7', 10 et 10' en enlevant éventuellement et localement la couche de masquage qui sert de protection électrique dans le dispositif terminé. Dans l'exemple d'exécution représenté dans la figu-10 re 1, la profondeur T du sillon isolant 3 doit être ajustée par rapport à la profondeur D de la jonction pn entre lo:S zones de base 7, 7' et les zones de collecteur 2a et 2b ainsi que par rapport à la profondeur S de la couche épitaxiale 2 pour que soit satisfaite la relation suivante : 15 T + D = S On peut généraliser ce résultat si l'on doit réaliser dans la zone épitaxiale 2 des composants présentant une suite de zones pnpn ou une suite de zones encore plus complexes» On comprendra alors qu'il faut utiliser éventuellement toutes les opéra-20 tions de diffusion qui conduisent à des zones ayant le type de conductivité du matériau de base 1, pour compléter l'isolation entre les composants par réalisation de la couche isolante 8 dans le fond des sillons isolants 3. Le procédé conforme à l'invention peut systématique-25 ment être utilisé pour tous les types de dispositifs à semi-conducteurs composés, particulièrement pour des circuits intégrés. Dans ce qui suit, on décrira à titre d'exemple et à l'aide de la figure 2, une structure complexe. Pour fabriquer cette structure, on part d'une pastille de Silicium 21, monocristalline et conductrice du 30 type n, sur la surface de laquelle on provoque, par diffusion, un changement de dopage donnant, dans l'exemple représenté, deux zones de conductivité p désignées par les références 22 et 22'. Sur la surface du cristal de base ainsi préparé on dépose, à partir de la phase gazeuse, une couche de silicium monocristallin de conduc-35 tivité de type n. Dans cette couche 23, et plus particulièrement au-dessus des zones 22 et 22' à dopage modifié et qui pénètrent en partie dans cette couche 23. on réalise, par corrosion, les sillons 24 qui servent à l'isolation. On,.soumet alors le dispositif ainsi obtenu à la diffusion par masquage d'abord à l'aide d'un 40 matériau accepteur, et ensuite d'un matériau donneur pour former * BAD ORIGINAL, v ; 70 16335 D 2042448 entre les sillons 24 les transistors individuels désignés par les références I, II et^^II. De plus, conformément à l'invention, un matériau accepteur/diffusé dans le fond et dans les parois latérales des sillons 24, de manière à transforner la couche épita-5 xiale continue 23 de type de conductivité n en trois zones partielles 23a, 23b et 23c, qui sont associées aux transistors I, II et III. Dans le transistor I, la zone 22 produite sur la surface supérieure du substrat par changement de dopage sert de 10 collecteur en sorte que"la borne du collecteur peut être réalisée dans le fond des sillons 24 qui délimitent directement le transi, tor I. La zone de conductivité n de ce transistor et qui est désignée par la référence 23a constitue la zone de base, alors que l'émetteur 26 de conductivité p est, suivant l'invention, réalisé 15 par diffusion en même temps qu'on été formées, dans le fond aes sillons 24, les zones à dopage modifié 25. Dans le transistor II qui est représenté en position médiane, or, produit un collecteur 27 de conductivité p et un émetteur 28 de conductivité p en même temps que l'on réalise les 20 zones 25 à dopage modifié, étant entendu que les distances entre les zones 27 et 28 doivent être faibles pour assurer la fonction transistor. La substance 23b de conductivité n forme la base de 03 transistor latéral. Dans le transistor III, la partie 23a de type de 25 conductivité n de la zone épitaxiale, forme le collecteur, dans lequel on réalise, en même temps que les zones 25, la zone de bas-2 29. L'émetteur 30 de ce transistor peut être réalisé par une opération de diffusion ultérieure ou par alliage avec une substance à teneur de donneur. Le métal servant à réaliser les contacts, et 30 qui doit finalement être déposé, doit être assez épais afin d'éviter un arrachement sur les bords des sillons. Il ressort clairement de ce qui précède que les composants à semi-conducteurs les plus variés peuvent être combines entre eux pour constituer des circuits intégrés, en utilisant l'i-35 dée qui préside à l'invention, sans que cela nécessite des explica» tions plus précises. Il en est de même pour la réalisation des contacts des différentes zones des transistors I, II et III d'un dispositif conforme à celui de la figure 2. Tout comme dans la réalisation des zones à diffusion et des sillons des composants à fa- 40 briquer, on utilise également ici la technique par laque on photosensible avec autant de succès pour obtenir des rapports géométriques déterminés et reproductibles. COPY, 70 16335 7 2042448 REVENDICATIONS 1. Procédé pour réaliser un dispositif à semi-conducteurs composé (circuit intégré) , du type dans lequel on produit sur une pastille d'un cristal semi-conducteur une zone superfi-5 cielle ayant un dopage différent de celui de ce cristal semi-conducteur; dans lequel on réalise ensuite dans le cristal semi-con-ducteur, par diffusion par masquage, et par utilisation d'au moins deux zones distinctes diffusées sur la surface semi-conductrice, au moins deux jonctions pn qui ne s'emboîtent pas l'une dans l'au-10 tre et qui peuvent être complétées pour former des composants à semi-conducteurs susceptibles d'être associés par paires en un dispositif à semi-conducteur composé, et dans lequel on prend finalement des mesures pour isoler entre eux lesdits composants en ménageant au moins un sillon dans la surface semi-conductrice, entre 15 les composants à semi-conducteurs , caractérisé par le fait que les composants à semi-conducteurs sont réalisés dans une zone superficielle ayant un dopage différent de celui du matériau de base du cristal semi-conducteur, que le creusement des sillons entre les plages correspondantes des zones superficielles servant à iso-20 1er entre eux les composants à semi-conducteurs à fabriquer, s'effectue avant la réalisation des deux jonctions pn qui ne s'emboîtent pas entre elles, que le fond des sillons n'atteint nulle part le matériau de base du cristal semi-conducteur et qu'enfin la surface du ou des sillons est soumise de telle manière à une opération 25 de diffusion par masquage servant simultanément à un changement local du dopage et à la production des composants à semi-conducteurs, qu'il se forme partout dans le fond du ou des sillons, par rapport au matériau de base du cristal semi-conducteur, un pont en une matière semi-conductrice à dopage modifié. 30 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la zone superficielle à dopage modifié et servant à recevoir les composants à semi-conducteurs à réaliser, présente un dopage contraire à celui du matériau de base du cristal semiconducteur de départ. 35" 3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caracté risé par le fait que le dopage de la surface du cristal semi-conducteur de départ est modifié au moins par endroits, à l'aide d'une opération de diffusion, avant le dépôt de la zone épitaxiale superficielle. 40 4. Procédé suivant l'une quelconqu-2 des revendications, 1, 2 et 3, caractérisé par le fait qu'une partie à dopage non modifié de la zone épitaxiale superficielle déposée forme la base et/ou le collecteur. ***